基于六维力传感器机器人导纳控制

机器人的导纳控制的基本思想是:控制系统采用基于位置控制的内环和力控控制的外环策略。检测系统(六维力矩传感器)与外界的接触力,通过一个二阶导纳模型,生成一个附加的位置,此附加位置再去修正预先设定的位置轨迹,最终送入位置控制内环,完成最终的位置控制。

这种控制方式可以使得系统表现出MS^2+BS+k的阻抗特性, 该控制方式不需要机器人的动力学模型。这种方式特别适合于位置控制效果好的伺服控制系统。导纳控制计算的结果是关节期望位置,对应传统的工业机器人来说是很容易实现的。所以目前力控制中的应用是以导纳控制为主的。

阻抗/导纳控制实际上就是将机器人等效为六个维度的弹簧阻尼系统:

一个维度上的等效阻抗模型

控制系统结构框图如下:

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到这里导纳控制似乎已经介绍完了,然而,实验可能发现上述导纳控制仅在期望输入 为恒定值时控制效果很好。换成轨迹后,效果很差甚至不稳定。这里告诉你答案

关于参数整定

关于控制周期

控制周期对系统稳定性影响很大,外环的控制周期选择至关重要。机器人作为一个相对复杂的被控对象,滞后是不可避免的(包括传感器产生的滞后)。当位置环输入周期很小时,滞后时间可能是位置环输入周期的几倍,如果外环的控制周期与位置环输入周期一致。即:滞后时间几倍于外环控制周期。这显然不利于闭环系统稳定的。因此,增大外环的控制周期,使对象的滞后时间相对外环的控制周期变小,会提高系统的稳定性。但增大外环的控制周期在一定程度上也会降低控制系统的稳定性。所以,主要注意选择控制周期,不要过小也不可过大。当外环控制周期与位置环输入周期不一致时,记得对控制量平滑连续处理,再输入到位置环。

实验效果:视频见原文