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1、第十章机器人的力控和顺应控制ChapterⅩForceControlandCompliancefor RobotManipulators10.1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10.1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）10/4/20212智能与控制工程研究所10.1.1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（e
2、ndeffector）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的
3、基坐标的。10/4/20213智能与控制工程研究所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（ResolvedMotionPosit
4、ionControl）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,Cybernetics,Vol.SM
5、C-9,Nov.1979,PP.702-71110/4/20214智能与控制工程研究所（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(ResolvedMotionAccelerationControl)1980年由美籍华
6、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,pp468-47410/4/20215智能与控制工程研究所（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.ResolvedMotionForceControl
7、ofRobotManipulators.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
