46、平面3R机器人的力控制模拟与分析

平面3R机器人的力控制模拟与分析

1. 引言

在机器人控制领域，力控制是一个关键的研究方向，它对于机器人与环境的交互至关重要。本文将聚焦于平面3R机器人的力控制模拟，详细介绍混合力 - 位置控制结构，并深入探讨两种力控制方法：柔顺控制和直接力控制。

2. 混合力 - 位置控制结构

混合力 - 位置控制结构可以通过将位置控制的上层设计和直接力控制的下层设计相结合来实现。在关节空间中设计这种控制结构有助于控制器的设计和实现，但它也可用于任务空间中位置和力控制器的组合。具体步骤如下：
1. 根据每个机器人的测量量确定合适的拓扑结构。
2. 使用选择矩阵进行控制器的组合。

3. 平面3R机器人的参数与动力学方程

平面3R机器人的运动学和动力学参数如下表所示：
| 量 | 单位 | 符号 | 连杆1 | 连杆2 | 连杆3 |
| — | — | — | — | — | — |
| 长度 | m | (a_i) | 1.0 | 0.7 | 0.3 |
| 质量 | Kg | (m_i) | 10 | 7 | 3 |
| 质心 | m | (m_{ci}) | 0.5 | 0.35 | 0.15 |
| 转动惯量 | (Kg \cdot m^2) | (CI_i) | 0.833 | 0.286 | 0.023 |

为了研究系统的非线性行为，忽略执行器动力学的影响，使用以下系统动力学方程进行模拟：
(\tau + \tau_d = M(q)\ddot{q} + C(q, \dot{q})\dot{q} + g(q) + J^T(q)F_