(1) 被动柔顺控制:借助某些机械装置的物理上的柔顺性,对接触力产生被动 的适应。如弹簧、阻尼等构成的柔顺装置,可以靠弹簧形变吸收或者阻尼损 耗机器人与环境产生接触时产生的能量。但当前被动柔顺控制方法在应用效 果上仍存在着多种不足,如结构刚度降低、机器人关节的重量增长、结构的 复杂性增加。在此背景之下,主动柔顺控制则成为了现今研究者们开展柔顺 控制研究的首要方式。
(2) 主动柔顺控制:需要机器人获取对力信息和位置信息的反馈,利用力与位 置的反馈信息结合相应算法去主动控制机器人运动或者作用力。机器人实现 主动柔顺控制的方式主要有力/位混合控制、零力控制和阻抗控制这三种控 制理论。
力/位混合控制:这种理论模型有位置反馈环和力反馈环,机器人在进行任 务的过程中,可以把机器人末端执行机构的工作空间分解为位置、力两个相 互正交且独立的子空间。在力空间内,通过力控制方法确保实际接触力最大 程度的接近期望接触力;在位置空间内,通过位置控制方法保证机器人能够 沿期望轨迹运动,通过力和位置控制策略协同作用实现机器人对末端作用力 的主动柔顺控制过程。
零力控制:直接示教又称拖动示教是目前人机协作的主要方式之一,即人 类操作者直接通过手动拖动机器人来进行示教任务。而零力控制便是实现机 器人拖动示教的最核心技术。目前零力控制主要有两种实现方法:基于位置 的零力控制以及基于直接力矩控制的零力控制。
阻抗控制:根据机器人末端执行器的位置(或速度)和接触力之间的对应 关系,通过控制器调整位置(速度)误差或刚度系数来控制机器人末端执行 器的接触力。阻抗控制理论根据控制原理可以分为基于位置的阻抗控制(导纳控制) 和基于力的阻抗控制。
六维力/力矩传感器是机器人实现柔顺化、智能化操作的关键传感设备。只具有 位置反馈将难以满足柔顺控制的需要,在机器人控制中加入力反馈环节势在必行。机器人力觉传感器是模仿人类四肢关节功能的机器人获得实际操作时的大部分力 信息的装置,是机器人主动柔顺控制必不可少的,它直接影响着机器人的力控制 性能。在机器人力控解决方案中,目前应用最为广泛的力觉传感器就是六维力传 感器。
目前,六维力传感器主要用于检测、预防、控制、示教、测量、保护等场景,通 常安装在机器人的底座或者末端,可以提供应用过程中的力交互信息,对于下游 客户而言有效且可靠的数据至关重要。
未来,人形机器人力控技术的发展将呈现出多信息融合(触觉、力觉和视觉等), 主要通过配备(AI、视觉、力觉传感器等)传感器得以实现,尤其在手腕、脚踝关 节等处更适用六维力矩传感器,这将为六维力传感器在人形机器人领域的应用 带来巨大的发展空间。