力控機(jī)器人阻抗控制的勢(shì)與流

力控機(jī)器人是一種能夠感知和控制外部力或力矩作用的機(jī)器人系統(tǒng)。它具有實(shí)時(shí)感知和響應(yīng)外部力的能力，通過(guò)傳感器和控制算法實(shí)現(xiàn)對(duì)力的測(cè)量和控制，以實(shí)現(xiàn)與環(huán)境或人類(lèi)用戶(hù)的交互和協(xié)作。

力控機(jī)器人的內(nèi)涵主要包括以下幾個(gè)方面：

1. 力感知：力控機(jī)器人通過(guò)裝備力傳感器或力/力矩傳感器來(lái)感知外部施加在其末端執(zhí)行器或傳動(dòng)裝置上的力或力矩。這些傳感器可以測(cè)量作用力的大小、方向和施加點(diǎn)位置等信息。

2. 力控制：力控機(jī)器人能夠根據(jù)外部力的變化實(shí)時(shí)調(diào)整執(zhí)行器的控制指令，以實(shí)現(xiàn)力的控制。它可以根據(jù)預(yù)設(shè)的控制策略和算法對(duì)外部力進(jìn)行反饋控制，使機(jī)器人能夠適應(yīng)環(huán)境變化或與人類(lèi)用戶(hù)進(jìn)行協(xié)作。

3. 力反饋：力控機(jī)器人能夠?qū)⒏兄降耐獠苛π畔⒎答伣o操作者或控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)與操作者的力交互或?qū)崟r(shí)力反饋控制。通過(guò)力反饋，機(jī)器人可以更好地與環(huán)境進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)更精確的力操作或協(xié)作任務(wù)。

與協(xié)作機(jī)器人相比，力控機(jī)器人注重感知和控制外部力的能力，以實(shí)現(xiàn)更加精細(xì)的力操作和協(xié)作任務(wù)。它的主要特點(diǎn)是能夠主動(dòng)感知和響應(yīng)外部力，實(shí)現(xiàn)與環(huán)境或人類(lèi)用戶(hù)的高度互動(dòng)和協(xié)作。力控機(jī)器人在與人類(lèi)合作、靈活操作和精確力控制等方面具有優(yōu)勢(shì)。

協(xié)作機(jī)器人則更加注重與人類(lèi)的協(xié)作能力，強(qiáng)調(diào)機(jī)器人與人類(lèi)用戶(hù)之間的交互和合作。

協(xié)作機(jī)器人通常具有更高的自主性和智能性，能夠理解和響應(yīng)人類(lèi)的指令、意圖和姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同工作。協(xié)作機(jī)器人的任務(wù)可能包括與人類(lèi)共享工作空間、協(xié)同完成任務(wù)、提供輔助服務(wù)等。

因此，力控機(jī)器人和協(xié)作機(jī)器人在內(nèi)涵和重點(diǎn)上有所不同，但兩者也存在交叉和重疊的部分。力控機(jī)器人可以作為協(xié)作機(jī)器人的一種實(shí)現(xiàn)手段，通過(guò)力感知和力控制實(shí)現(xiàn)與人類(lèi)的高效協(xié)作。

在某些應(yīng)用場(chǎng)景下，力控機(jī)器人和協(xié)作機(jī)器人可以結(jié)合起來(lái)，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜和高級(jí)的任務(wù)和交互。

力、電壓等物理量叫做勢(shì)（effort），速度、加速度、電流等物理量叫流（flow）

在力控機(jī)器人的物理交互中，阻抗控制涉及到兩個(gè)關(guān)鍵概念：勢(shì)（effort）和流（flow）。

勢(shì)（effort）表示施加在物體上的力或力矩，也可以理解為輸出力或輸出力矩。在阻抗控制中，勢(shì)通常是通過(guò)傳感器測(cè)量得到的機(jī)器人端執(zhí)行器的輸出力或力矩。

流（flow）表示物體的變化速率，也可以理解為輸入力或輸入力矩。在阻抗控制中，流通常是由外部環(huán)境施加在機(jī)器人上的力或力矩。

阻抗控制的目標(biāo)是根據(jù)期望的力或力矩與實(shí)際的力或力矩之間的誤差來(lái)調(diào)整機(jī)器人的勢(shì)，以實(shí)現(xiàn)所需的物理交互行為。通過(guò)調(diào)整勢(shì)，可以控制機(jī)器人對(duì)外部力或力矩的響應(yīng)，并實(shí)現(xiàn)不同的阻抗特性。

在阻抗控制中，勢(shì)和流之間的關(guān)系可以用以下公式表示：

勢(shì) = 阻抗 × 流

其中，阻抗是一個(gè)參數(shù)，用于調(diào)節(jié)勢(shì)和流之間的關(guān)系。不同的阻抗參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)不同的物理交互行為，例如剛性、柔軟或粘性。

通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)量機(jī)器人端的輸出力或力矩，與期望的力或力矩進(jìn)行比較，并根據(jù)阻抗參數(shù)調(diào)整機(jī)器人的勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外部力或力矩的控制和調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)物理交互的目標(biāo)。

需要注意的是，在阻抗控制中，勢(shì)和流的單位需要一致，例如力與力、力矩與力矩。在實(shí)際應(yīng)用中，通常使用力/力矩傳感器來(lái)測(cè)量勢(shì)，而外部力或力矩可以通過(guò)外部力傳感器或其他測(cè)量設(shè)備進(jìn)行測(cè)量。

總之，阻抗控制通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)器人的勢(shì)和外部力或力矩之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理交互的控制和調(diào)節(jié)。通過(guò)適當(dāng)選擇阻抗參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)不同的物理交互行為，從剛性到柔軟甚至粘性。

Hogan提出了阻抗控制的理論框架，該框架將機(jī)器人與外部環(huán)境的交互建模為質(zhì)量、阻尼和彈簧組成的阻抗元素。阻抗控制器通過(guò)調(diào)節(jié)這些阻抗元素的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人末端執(zhí)行器與質(zhì)點(diǎn)之間交互力的控制。