力控在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制中的重要性

力控在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制中的重要性

作者：邢伯陽(yáng)

機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制是通過(guò)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)或輪子來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在空間中的移動(dòng)。這通常涉及到對(duì)機(jī)器人的電機(jī)或液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)所需的運(yùn)動(dòng)路徑和速度，所以一般也是將運(yùn)動(dòng)控制分為位置、速度和力控制。

位置和速度控制，一直認(rèn)為是“硬”控制，就是給定了位置和速度，機(jī)器人必須達(dá)到，不擇手段達(dá)到目的。而力控通常會(huì)認(rèn)為是“柔”控制，因?yàn)槲覀兛梢圆粩嗟卣{(diào)整作用力大小，可以實(shí)現(xiàn)一種柔順的效果，維持力恒定，速度和位置會(huì)妥協(xié)，從而適用更多的需求。

隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，被越來(lái)越多的應(yīng)用到不同的場(chǎng)景中，更多的場(chǎng)景都是人機(jī)交互的場(chǎng)景，則需要機(jī)器人更加的“柔順”，而不是那么“硬”?，F(xiàn)在更多的都是講柔順控制，其實(shí)本質(zhì)還是力位混合控制，即如何在講位置和力能夠融合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)更加“柔”的效果。

舉個(gè)例子，控制機(jī)器人一般就是控制伺服電機(jī)，我們將伺服電機(jī)分為三種模式：速度模式、位置模式和力矩模式。如果只有力矩控制，就無(wú)法控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。如果只有力矩+速度控制，那么速度可以比較穩(wěn)定，但位置就無(wú)法定位。因此位置+速度+力矩才是組成穩(wěn)定的位置隨動(dòng)定位系統(tǒng)，當(dāng)然對(duì)控制器響應(yīng)要求比較高。

此外，機(jī)器人實(shí)施力控的環(huán)境更復(fù)雜。位置控制是靜態(tài)的，到達(dá)這個(gè)位置就會(huì)保持。但是力控制并不是“靜態(tài)”的，恒定的外力可能會(huì)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)的結(jié)果。在恒定外力下，機(jī)器人可能會(huì)不斷加速。當(dāng)外部環(huán)境變動(dòng)時(shí)，機(jī)器人會(huì)表現(xiàn)出不同的運(yùn)動(dòng)。因此，力控的難度不僅僅在設(shè)計(jì)這個(gè)力控制器上，更難在對(duì)機(jī)器人運(yùn)行環(huán)境的確認(rèn)上，確認(rèn)環(huán)境將會(huì)如何和機(jī)器人進(jìn)行交互。

對(duì)于機(jī)器人的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制中強(qiáng)調(diào)力控有幾個(gè)重要的原因：

1、力控制可以在機(jī)器人與環(huán)境接觸時(shí)檢測(cè)并實(shí)時(shí)調(diào)整施加的力，以保證機(jī)器人與環(huán)境之間的互動(dòng)更加精準(zhǔn)和穩(wěn)定。這對(duì)于需要進(jìn)行精細(xì)操作或與人類共同工作的機(jī)器人來(lái)說(shuō)尤為重要。

2、力控制可以確保機(jī)器人在與人類或其他物體交互時(shí)不會(huì)施加過(guò)大的力量，從而避免對(duì)人類或物體造成傷害。這對(duì)于與人類緊密交互的機(jī)器人尤其重要，因?yàn)槿祟悓?duì)機(jī)器人的力量輸出無(wú)法像機(jī)器人對(duì)自身的控制那樣精確和敏感。通過(guò)力控，可以確保機(jī)器人與人類或其他物體的交互是安全的。

3、力控可以讓機(jī)器人更加靈活地應(yīng)對(duì)不同的任務(wù)和環(huán)境。例如，在機(jī)器人抓取物體時(shí)，力控可以讓機(jī)器人根據(jù)物體的形狀和重量來(lái)調(diào)整抓取的力量，從而更好地抓取物體。在機(jī)器人行走時(shí)，力控可以讓機(jī)器人根據(jù)地面的情況來(lái)調(diào)整行走的速度和姿態(tài)，從而更好地保持平衡，還可以幫助機(jī)器人更好地適應(yīng)不同的工作場(chǎng)景，并提高工作效率。

總的來(lái)說(shuō)，力控制在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制中的重要性不容忽視，可以幫助機(jī)器人更好地適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境、提高安全性和精準(zhǔn)性，并實(shí)現(xiàn)各種高級(jí)功能和技能。因此，力控一直是機(jī)器人控制領(lǐng)域的研究重點(diǎn)和發(fā)展方向。