力控机器人导纳控制框架

导纳控制框架：

力/力矩传感器：用于测量机器人与环境之间的力和力矩。

导纳控制器：根据传感器测量值和期望的力/力矩指令，生成控制指令以实现期望的导纳互动。

运动控制器：用于控制机器人的关节或末端执行器，以实现所需的运动轨迹。

环境建模与识别：用于对环境进行感知和识别，以帮助机器人适应环境变化。

性能分析：

•导纳响应性能：评估导纳控制器对外部力变化的响应速度和稳定性。

•导纳参数分析：分析导纳控制器中的参数对系统性能的影响，如导纳刚度和导纳阻尼等参数。

•导纳稳定性分析：评估导纳控制系统的稳定性，包括导纳稳定性边界和导纳参数的稳定性范围。

•动态性能分析：分析导纳控制器对不同频率的外部力变化的动态响应性能。

单自由度机械臂导纳控制实现的MATLAB程序：

% 定义导纳控制参数
Md = 5;
Bd = 10;
Kd = 20;


% 定义机械臂质量和初始位置
m = 1;
x = 0;
xdot = 0;


% 定义期望位置和速度
xd = 1;
xdot_d = 0;


% 定义时间步长和仿真时间
dt = 0.01;
T = 5;


% 初始化位置数组
x_arr = zeros(1, T/dt);


% 进行导纳控制仿真
for i = 1:T/dt
    % 计算外部力
    F_ext = 10 * sin(i*dt);
    
    % 计算期望加速度
    xddot_d = (F_ext - Bd*(xdot-xdot_d) - Kd*(x-xd)) / Md;
    
    % 计算控制力
    F = m * xddot_d - Bd * xdot - Kd * x;
    
    % 更新位置和速度
    xdot = xdot + (F + F_ext) / m * dt;
    x = x + xdot * dt;
    
    % 存储位置
    x_arr(i) = x;
end


% 绘制位置图像
t = 0:dt:T-dt;
plot(t, x_arr)
title('Position')

仿真结果如下：

通过对力控机器人交互控制框架的性能分析，可以评估和优化系统的稳定性、精度、响应性能和适应性，以实现与外部环境或操作者的高效、安全和可靠的力互动。

阻抗控制与导纳控制框图分别如图（a）与（b）所示：