Robot Force Control

یکی از الزامات اساسی برای موفقیت یک کار ربات، توانایی مدیریت تعامل بین دستکاری کننده و محیط است. کمیتی که وضعیت برهمکنش را به طور موثرتری توصیف می کند، نیروی تماسی در اثرگذار انتهایی دستکاری کننده است. مقادیر بالای نیروی تماس عموماً نامطلوب هستند زیرا ممکن است هم به دستکاری کننده و هم جسم دستکاری شده فشار وارد کنند. از این رو نیاز به جستجوی راهبردهای مؤثر کنترل نیرو است. این کتاب درمان تئوری و تجربی کنترل تعامل ربات را ارائه می دهد. در چارچوب کنترل فضای عملیاتی مبتنی بر مدل، کنترل سختی و کنترل امپدانس به عنوان استراتژی‌های اساسی برای کنترل نیروی غیرمستقیم ارائه می‌شوند. یکی از ویژگی های کلیدی پوشش وظایف تعامل شش درجه آزادی و افزونگی سینماتیکی دستکاری کننده است. سپس، استراتژی‌های کنترل نیروی مستقیم ارائه می‌شوند که از طرح‌های کنترل حرکت به‌دست می‌آیند که به‌طور مناسب با بسته شدن یک حلقه بازخورد تنظیم نیروی بیرونی اصلاح شده‌اند. در نهایت، استراتژی‌های کنترل نیرو و موقعیت پیشرفته ارائه شده‌اند که شامل طرح‌های کنترل بازخورد مبتنی بر انفعال، تطبیقی ​​و خروجی است. قابل توجه است، تمام طرح های کنترلی به طور تجربی بر روی یک راه اندازی شامل یک ربات صنعتی هفت مفصلی با معماری کنترل باز و سنسور نیرو/گشتاور آزمایش می شوند.
موضوع کنترل نیروی ربات علیرغم اهمیت حیاتی آن برای کارهای دستکاری عملی، در کتاب های درسی رباتیک به طور عمیق مورد بررسی قرار نمی گیرد. در چند کتابی که به این موضوع می پردازند، مطالب اغلب به تکالیف با درجه آزادی محدود می شود. از سوی دیگر، نتایج متعددی در ادبیات روباتیک موجود است اما هیچ تک نگاری اختصاصی وجود ندارد. بنابراین هدف این کتاب پر کردن این شکاف با ارائه یک درمان تئوری و تجربی از کنترل نیروی ربات است.

One of the fundamental requirements for the success of a robot task is the capability to handle interaction between manipulator and environment. The quantity that describes the state of interaction more effectively is the contact force at the manipulator's end effector. High values of contact force are generally undesirable since they may stress both the manipulator and the manipulated object; hence the need to seek for effective force control strategies. The book provides a theoretical and experimental treatment of robot interaction control. In the framework of model-based operational space control, stiffness control and impedance control are presented as the basic strategies for indirect force control; a key feature is the coverage of six-degree-of-freedom interaction tasks and manipulator kinematic redundancy. Then, direct force control strategies are presented which are obtained from motion control schemes suitably modified by the closure of an outer force regulation feedback loop. Finally, advanced force and position control strategies are presented which include passivity-based, adaptive and output feedback control schemes. Remarkably, all control schemes are experimentally tested on a setup consisting of a seven-joint industrial robot with open control architecture and force/torque sensor.
The topic of robot force control is not treated in depth in robotics textbooks, in spite of its crucial importance for practical manipulation tasks. In the few books addressing this topic, the material is often limited to single-degree-of-freedom tasks. On the other hand, several results are available in the robotics literature but no dedicated monograph exists. The book is thus aimed at filling this gap by providing a theoretical and experimental treatment of robot force control.