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机器人的阻抗控制的阻尼和刚度参数怎样选择（计算）

这个题目分三个情况.

情况一, 机器人本体已经设计好, 如何设计控制器参数的问题.
这时, 可能回天乏力, 那就要选好运行范围.
由于机器人的运行空间很复杂, 末端质量,惯量, 运行速度, 姿态都相互关联, 所以阻尼和刚度参数的设计, 要确保机器人在各个姿态下都能稳定, 单这一个需求, 就经常解决不了.
结果是: 某一组参数, 在某一种工作状态下是稳定的(收敛), 而在另一种工作状态下是发散的(通常为振动), 所以机器人就会莫名其妙的振动.
基于Model-based control的理念,难点就是完成整个动力学建模, 然后在模型中调整参数.

情况二, 机器人基本思路ok, 本体需要设计,
这时的关键要点是, 多个轴组成的系统的动力学设计, 通常是先给出一个运行速度, 和常见的运行姿态, 给出一个标准运行负载, 然后用这些运行姿态, 去逐级设计, 确保每一级的刚度和惯量, 满足稳定性条件.
--设计出一个机器人本体容易, 设计出一个好的本体很难.
完成以上设计之后, 在末端重量和惯量发生变化时, 后端的控制刚度随之发生线性/准线性增益, 采用变增益PID的控制思路.
本体的刚度, 取决于材料的刚度和空间分布, 本体的阻尼是很难的一个问题, 通常是实测.

情况三, 机器人概念设计还没有完成,
这时, 大部分人会放弃动力学设计, 实际这是不对的.
高速, 重载, 能发挥每一个零部件的作用的机器人, 必定来自于总体的设计和协调.
初学者可以先躲一躲, 但是当你在设计过几次机器人本体之后, 就会理解动力学设计的必要性了.

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结论:
控制器设计, 工作范围内稳定性为核心.
本体设计, 工作点避共振为核心.
概念设计, 动力学先行是综合性价比最优的必要保障.


■网友
根据二阶系统的相关特性，设定相应的参数。实际中可以手动调节参数，毕竟阻抗控制大范围内都是稳定的。
■网友
我是在DLR发表的论文上找到了阻尼矩阵的设计方法，刚度参数一般会受到具体的应用的限制，根据应用的场合选择合适的刚度参数，在DLR的笛卡尔阻抗控制器的设计中，只对刚度矩阵和阻尼矩阵进行了设计，并没有重新设计惯性矩阵（考虑到消除到外力反馈），并加入了机器人的科氏力项到机器人最终的阻抗关系中（保证系统的被动性），如下式
机器人的阻抗控制的阻尼和刚度参数怎样选择（计算）

文章中提到对此动力学方程进行准静态分析，可化简为
机器人的阻抗控制的阻尼和刚度参数怎样选择（计算）

惯性矩阵为常数，故科氏矩阵也就消失了
根据对广义特征值问题的分析，有下面的定理
机器人的阻抗控制的阻尼和刚度参数怎样选择（计算）

所以3.19式可以化为
机器人的阻抗控制的阻尼和刚度参数怎样选择（计算）

得到阻尼矩阵的设计公式
机器人的阻抗控制的阻尼和刚度参数怎样选择（计算）

这样可以得到一个解耦的系统
机器人的阻抗控制的阻尼和刚度参数怎样选择（计算）

其中，Z=
机器人的阻抗控制的阻尼和刚度参数怎样选择（计算）


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