读书笔记: Cartesian Impedance Control of Redundant and Flexible-Joint Robots, Section 1

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读书笔记: Cartesian Impedance Control, Section 1

• Section 1
• • 1.2 The DLR Lightweight Robots
  • 1.3 Compliant Motion Control
  • • 1.3.1 Impedance Control
    • 1.3.2 Admittance Control
    • 1.3.3 Conservative Congruence Transformation
  • 1.4 Control of Redundant Robots
  • 1.6 Overview

Cartesian Impedance Control of Redundant and Flexible-Joint Robots 读书笔记
本书的内容主要基于Christian Ott和Alin Albu-Schäffer的博士论文。

Section 1

1.2 The DLR Lightweight Robots

机器人一体化关节一般是由谐波减速机加BLDC组成，在末端安装有扭矩仪，而扭矩仪的刚性一般强于减速机很多，因此减速机是柔性的主要来源。

1.3 Compliant Motion Control

柔顺控制的三种方法：

• 阻抗控制 Impedance Control
• 导纳控制 Admittance Control
• Conservative Congruence Transformation （这个没了解过。一会看看）

1.3.1 Impedance Control

阻抗控制的核心是调整机械臂的力学阻抗特性。在此处，环境一般通过力学导纳描述。从实际使用角度，一般希望机械臂末端在笛卡尔坐标系中体现出阻抗特性。
x x x是末端的笛卡尔坐标。
设计笛卡尔空间阻抗控制需要考虑如何选择表达位姿的坐标。不同姿态表达的细节参见CNSV99，如何构建空间阻抗，参见FB97,

1.3.2 Admittance Control

另外一个方法是导纳控制也叫基于位置的阻抗控制，一般用于工业机器人。机器人由一个位置控制器控制，期望的柔顺性由外环控制器通过给定期望位置来实现。基于对外环境力 F e x t F_{ext} Fext​的测量，给出期望位置 x 0 x_0 x0​。一般而言，导纳控制的稳定性问题较难解决。

1.3.3 Conservative Congruence Transformation

与前两种不同，第三种可能的实现柔顺的方法是将笛卡尔空间阻抗控制的各种特性例如stiffness(刚度)和damping(阻尼)投影到关节中。stiffness matrix的变换方法也叫保守一致性变换。

1.4 Control of Redundant Robots

任务空间自由度 m m m小于关节数 n n n时，需要考虑如何控制剩下 n − m n-m n−m个冗余自由度。nullspace motion 零空间运动是指在保持末端执行器位姿不变情况下运动。有多种解决零空间运动的方法:

• 基于投影
• 基于逆运动学
• 基于nullspace的基底

1.6 Overview

本书接下来章节内容

• section 2: 柔性关节机器人建模
• section 3: 不考虑关节柔性的阻抗控制，讨论基础理论
• section 4: nullspace 阻抗控制
• section 5: 奇异摄动
• section 6 : 串级笛卡尔空间阻抗控制
• section 7 : 基于无源理论的控制
• section 8 : 仿真
• section 9: 典型应用
• section 10 : 总结，对比不同方法

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