工业机器人力控与顺应控制

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1、第十章机器人的力控和顺应控制工业机器人http://www.zggyjqr.com10.1引言10.2通用机器人控制器和控制结构10.3通用机器人的动力学10.4阻抗控制10.5主动刚度控制10.6位置和力的混合控制2021年7月24日智能与控制工程研究所210.1引言（Introduction）工业机器人的控制可大致分为三种形式位置控制（PositionControl）力控（ForceControl）顺应控制（Compliance）2021年7月24日智能与控制工程研究所310.1.1位置控制（PositionControl）位置控制是在预先指定的坐标系上,对机器人末端执行器（end

2、effector）的位置和姿态（方向）的控制。如图10-1所示，末端执行器的位置和姿态是在三维空间描述的，包括三个平移分量和三个旋转分量，它们分别表示末端执行器坐标在参考坐标中的空间位置和方向（姿态）。因此，必须给它指定一个参考坐标，原则上这个参考坐标可以任意设置，但为了规范化和简化计算，通常以endeffectorXXYYZZ图10-1机器人操作手O机器人的基坐标作为参考坐标。机器人的基坐标的设置也不尽相同，如日本的Movemaster－Ex系列机器人，它们的基坐标都设置在腰关节上，而美国的Stanford机器人和Unimation公司出产的PUM系列机器人则是以肩关节坐标作为机器人

3、的基坐标的。2021年7月24日智能与控制工程研究所4机器人的位置控制主要有直角坐标和关节坐标两种控制方式。直角坐标位置控制：是对机器人末端执行器坐标在参考坐标中的位置和姿态的控制。通常其空间位置主要由腰关节、肩关节和肘关节确定，而姿态（方向）由腕关节的两个或三个自由度确定。通过解逆运动方程，求出对应直角坐标位姿的各关节位移量，然后驱动伺服结构使末端执行器到达指定的目标位置和姿态。关节坐标位置控制：直接输入关节位移给定值，控制伺服机构。从70年代初开始，专家们提出了各种各样的位置控制方法和相应的控制算法，其中比较有代表性的有：（1）解运动位置的控制RMPC（ResolvedMotion

4、PositionControl）1972年由RichardP.Paul提出机器人关节坐标路径和直角坐标路径两种轨迹控制方法，其代表作为：RPPaul.Modeling,TrajectoryCalculationandServingofaComputerControlledArm.StanfordArtificialIntelligenceLab.,StanfordUniversity,Stanford,CA.A.I.Memo177,Sept.1972RPPaul.ManipulatorCartesianPathControl.IEEETrans.OnSys.Man,Cybernetic

5、s,Vol.SMC-9,Nov.1979,PP.702-7112021年7月24日智能与控制工程研究所5（2）解运动速度的控制RMRC（ResolvedMotionRateControl）1969年由D.E.Whitney提出。代表作是：DEWhitney.ResolvedMotionRateControlofManipulatorsandHuman,ProsthesesIEEETrans.onMan-Mach.system.Vol.MMS-10,No.2,June1969,pp.47-53（3）解运动加速度的控制RMAC(ResolvedMotionAccelerationContr

6、ol)1980年由美籍华人科学家陆养生（J.Y.S.Luh）提出。其代表作为：JYSLuh,MWWalker,andRPPaul.ResolvedAccelerationcontrolofMechanicalManipulators.IEEETrans.onAuto.Control,Vol.AC25,No.3,June1980,pp468-4742021年7月24日智能与控制工程研究所6（4）解运动力的控制RMFC(ResolvedMotionForceControl)1982年由吴清华（WuC.H.）和R.P.Paul提出。其代表作为：CHWuandRPPaul.ResolvedMo

7、tionForceControlofRobotManipulators.IEEETrans.onSys.ManandCybernetics,Vol.SMC－12，No.3,May/June,1982解运动位置的控制RMPC，解运动速度的控制RMRC，解运动加速度的控制RMAC和解运动力的控制RMFC这四种控制方法是机器人运动控制的经典之作。现有的通用工业机器人一般只具有位置（姿态，速度）控制能力。如美国的UnimationPUMA系列机器人，C