一.常见的力控算法及实际效果

1.1 常见的力控算法

力控算法按控制方式可分为两大类：柔顺控制和直接力控制。柔顺控制又细分为被动柔顺与主动柔顺，其中主动柔顺控制是当前工业应用的主流方向。

1.1.1 被动柔顺控制

      被动柔顺通过在机械臂末端安装机械弹性结构（如弹簧、阻尼器）来实现力控。这种方式结构简单、成本低，但力控精度有限，且无法根据任务需求动态调整柔顺特性，应用场景较为局限。

1.1.2 主动柔顺控制

主动柔顺控制通过实时获取力和位置反馈，结合算法主动调节机器人运动，具备更高的精度和灵活性。主流方法包括：

• 导纳控制（Admittance Control）：以力为输入、位置为输出，先检测接触力再转化为位置修正量，适用于精密打磨和装配等对力精度要求高的场景
• 阻抗控制（Impedance Control）：模拟弹簧-阻尼系统，通过调节刚度、阻尼和惯量参数实现期望的力-位动态关系，适用于需要柔顺性但不要求精确力跟踪的场景
• 力/位混合控制：在自由空间进行位置控制，在接触空间进行力控制，根据任务需求动态切换，是应用最广泛的策略

1.1.3 闭环控制流程与性能瓶颈

一个完整的力控执行周期包含以下环节：力信号采集 → 滤波处理 → 力-位混合解算 → 伺服驱动调节 → 状态反馈更新。整个过程通常在1~4毫秒内完成，对控制器算力要求极高。

影响性能的关键因素

1. 通信延迟：传感器到控制器的数据传输延迟直接影响闭环响应速度

2. 算法复杂度：多传感器融合场景下，解算耗时可能超过控制周期限制

3. 模型精度：动力学模型的不准确会导致力跟踪误差增大

4. 环境不确定性>：工件表面特性、接触状态的变化增加了控制难度

1.1.4 具体应用场景

应用场景	力控需求	典型算法
精密装配	力跟踪精度±1N	导纳控制
打磨抛光	恒力接触控制	阻抗控制
人机协作	碰撞检测与柔顺响应	阻抗控制
产品测试	力-位移曲线记录	直接力控
涂胶焊接	轨迹跟踪+力限制	力/位混合

1.2 三种力控的实际效果直观感受

（1）导纳控制

参考B站视频：（1）定点柔顺  （2）轨迹跟踪带力控

（2）阻抗控制

参考B站视频

https://www.bilibili.com/video/BV1es4y1m7du/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=0360ca5a6458b720b147f3b4f4d2a7dc

 

阻抗控制与导纳控制实物效果是相同的，主要区别是实现的原理不同，最根本的区别是阻抗控制是控制电机的力矩，导纳控制是控制电机的位置

(3)   力-位混合控制

参考b站视频

https://www.bilibili.com/video/BV1MK6EBYEK6/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=0360ca5a6458b720b147f3b4f4d2a7dc

直观感受：平行于电子称平面是位置控制，垂直于电子称方向是力控制