8、仅依靠力反馈的物理交互技术解析

仅依靠力反馈的物理交互技术解析

1. 外部位置 - 力控制

在机器人控制领域，外部位置 - 力控制是一种重要的控制方式。与混合并行方法不同，混合外部位置 - 力控制允许在同一方向上同时进行显式的力控制和位置控制。它由一个内位置控制环和一个外作用力控制器组成，外作用力控制器的输出会修改内位置控制器的参考值。

具体来说，力误差会产生一个控制信号 $dx$，将其添加到位置参考值 $x^ $ 上，从而生成新的位置参考值 $x^{ *}$。最终，机器人由位置控制器控制，但外部力环会修改位置控制器的输入，增加了一个新的控制层，可设置显式的力参考。

这种控制方式的主要优点是实现简单，可在机器人现有的原始位置控制器基础上实现。此外，它能在同一方向上同时进行位置和力控制，克服了混合并行方法的局限性。在某些特殊情况下，该方法等同于阻抗控制。

2. 力反馈在物理交互中的作用

2.1 力反馈的重要性

在人类的抓取和交互过程中，接触力和手部或手指表面的压力分布至关重要。虽然一些触觉传感器能提供力和压力信息，但通常只覆盖手部的小部分区域，如指尖或手掌。若接触部位未被触觉传感器覆盖，就无法获取相关信息。而放置在机器人手腕处的力传感器能提供手部任何部位接触产生的力，确保始终能获得力反馈。

力反馈是实现稳健物理交互的必要条件，在某些情况下甚至是充分条件。在抓取过程中，力反馈可用于检测与物体的接触并相应调整手部动作；在交互过程中，可采用位置 - 力控制律，在环境未完全建模或存在几何不确定性时实现柔顺运动。

2.2 基于力反馈的物理交互控制方案

当仅使用力传感器时，