48、机器人阻抗控制：原理、结构与应用

机器人阻抗控制：原理、结构与应用

1. 阻抗控制概念

在机器人控制领域，阻抗控制的目标是调节机器人与周围环境之间的动态交互关系。它依赖于合适的控制拓扑，通过测量力和运动来稳定系统，并调整这两个量之间的动态关系。

1.1 鱼排自动化生产示例

以鱼排自动化生产为例，在鱼的生产和包装工厂中，鱼排是热门产品，但去除鱼皮这一操作精确且复杂，实现自动化颇具挑战。

熟练工人去除鱼皮时，会将分离的鱼肉皮朝下放在切割台上，用锋利的刀从尾部开始分离鱼皮。手部运动通过灵活的角度切割和前后移动来控制。当刀靠近鱼皮时，速度快、力量小，此时调整刀向鱼肉倾斜；刀刺入鱼肉后，力量大、运动慢，将刀向鱼皮倾斜。通过精确快速的前后移动，避免刀过度倾斜导致鱼皮撕裂或浪费鱼肉。

这一过程有效展示了熟练工人对力和运动的同时感知以及运动过程中对二者关系的控制。如果手部运动感觉速度快、力量小，刀会过度倾向鱼皮，需改变运动方向；若感觉运动慢、力量增加，刀会倾向鱼肉。经过大量练习，工人能以必要的敏捷度移动手部，在运动中获得理想的阻抗特性。

1.2 机器人实现鱼皮去除操作的挑战

对于机器人自动执行此操作，精确测量机器人的运动和力至关重要。仅测量运动是不够的，因为鱼块大小和形状各异，且鱼皮比鱼肉薄很多，需要高精度测量系统。因此，为机器人定义预定运动路径不可行。虽然力控制或混合力 - 位置控制方法在该应用中比运动控制方法效果好，但由于这些方法需要预先确定的运动路径，实际应用不可行。

1.3 阻抗调整的解决方案

若能在运动过程中将机器人的机械阻抗调整到理想值，这种控制方法就能像熟练工人的手部动作一样，在不撕裂