1.背景介绍

目前已经广泛落地的力控制方案是在机械臂末端安装多轴力矩传感器，用以检测机械臂对外界环境施加的力反馈值，并配合适当的控制策略，已达到控制机械臂与环境的作用力。

这篇文章所要探讨的力控制（上述力控制方案）与位置控制的区别，是要从控制的原理上探究其区别，而不是表面上看这两者的区别。我们先来看看什么是现代控制理论。

2.控制的一般性流程

基于拉式变换与传递函数的经典控制理论在实际使用中存在着不少局限，而基于状态空间的现代控制理论是做控制研究人的最重要的工具。现代控制理论主要包括三大环节：系统辨识、状态估计和控制理论。

机器人位置控制策略各种各样，相关的研究论文层出不穷。而它核心的部分都是类似的：根据动力学模型选出一组状态变量，获得状态空间表达式

设计出一种控制律；结合控制律与动力学，提出一个李雅普诺夫函数，这样控制器的稳定性就得到了证明。控制相关的论文也都集中在控制律的设计与李函数的寻找，这其中对数学的要求很高。

这样一种套路可以套到力控制里面吗？答案是很难。因为力是由于机器人与环境之间的相互作用来产生的，这就导致我们建立的关于作用力的动力学需要包含环境因素，建立起来相当困难，更困难的是还要将作用力变成状态变量以及证明控制器的稳定性。这种力控制策略基本只能用导纳的控制策略来实现，通过位置控制器的稳定性来保证力控制的。

3.关节力控

通过在关节中加力矩传感器，可很好地改善上述的困难。

整个关节的动力学方程如下，关节力矩tau_s可变成一个状态变量，后续的控制律设计和稳定性证明就可以跟那些位置控制律类似来实现了。