092、力控制:力位混合控制
092、力控制:力位混合控制从一次机器人拧螺丝的翻车现场说起去年在产线上调试一台六轴协作机器人,任务很简单——把一颗M6螺丝拧进铝件螺纹孔。位置控制模式下跑了上百次都没问题,直到换了一批公差偏大的螺丝。机器人按照预设轨迹往下压,结果螺丝歪了,末端法兰硬生生把螺纹孔边缘怼出了毛刺。更糟的是,力传感器读数在碰撞瞬间飙到200N,安全急停触发,产线停了半小时。那次之后我意识到:纯位置控制在接触类任务里就是个“瞎子”。你告诉它“往下走5mm”,它真的会走5mm,哪怕前面是堵墙。力位混合控制,就是给机器人装上一双“触觉眼睛”——该硬的时候硬,该软的时候软。力位混合控制到底在解决什么问题先想一个场景:你用手去擦桌子。手在垂直方向要施加一定的压力(力控),在水平方向要沿着桌面移动(位控)。如果全程用力控,手会抖;全程用位控,要么压不紧,要么压坏桌子。力位混合控制的核心思想是:在任务空间的不同方向上,分别选择力控或位控模式。比如擦桌子这个动作,垂直方向选力控,水平方向选位控。更复杂的场景,比如打磨曲面,法线方向用力控保证恒力接触,切线方向用位控保证轨迹跟踪。这个思路最早由Mason在1981年提出,叫“混合力位控制”(Hybrid Force/Position Control)。三十多年过去了,工业机器人里最成熟的力控方案依然是它。控制架构:两条腿走路力位混合控制的系统框图,说白了就是两个独立的控制回路并联: