混合控制力和位置的实现方法

对机械手进行力控制的方案有好多种。下面列举几种典型的方案。

1.主动刚度控制

图6-19所示为一个主动刚度控制框图。图中，J为机械手末端的雅可比矩阵；KP为定义于末端笛卡儿坐标系的刚性对角矩阵，其元素需人为确定。如果希望在某个方向上遇到实际约束，那么这个方向的刚度应当降低，以保证有较低的结构应力，反之，在某些不希望碰到实际约束的方向上，则应加大刚度，这样可使机械手紧紧跟随期望轨迹。于是，就能够通过改变刚度来适应变化的作业要求。

图6-19　主动刚度控制框图

2.雷伯特-克雷格位置／力混合控制

雷伯特（M.H.Raibert）和克雷格（J.J.Craig）于1981年进行了机械手位置和力混合控制的重要实验，并取得良好结果。后来，就称这种控制器为R-C控制器。

这种R-C控制器没有考虑机械手动态耦合的影响，这就会导致机械手在工作空间某些非奇异位置上不稳定。在深入分析R-C系统所存在的问题之后，可对之进行如下改进：

（1）在混合控制器中考虑机械手的动态影响，并对机械手所受重力及科氏力和向心力进行补偿；

（2）考虑力控制系统的欠阻尼特性，在力控制回路中，加入阻尼反馈，以削弱振荡因素的影响；(www.xing528.com)

（3）引入加速度前馈，以满足作业任务对加速度的要求，也可使速度平滑过渡。

改进后的R-C控制器结构如图6-21所示。图中，（q）为机械手的惯量矩阵模型。

图6-20　R-C控制器结构

图6-21　改进后的R-C控制器结构

3.操作空间力和位置混合控制

图6-22　操作空间力和位置混合控制系统结构