基于導納控制的機器人拖動示教是一種常用的機器人控制策略，它允許人與機器人直接互動，實現自然、直觀的控制。在導納控制中，機器人被建模為一個力控制系統，其動力學特性由一個等效的導納（Admittance）模型描述。導納模型類似于彈簧和阻尼器的組合，用來描述機器人對外部力和運動的響應。

機器人拖動示教系統DMC600M

1. 原理

導納模型：機器人導納控制（Admittance Control）是一種機器人控制策略，用于實現機器人與外部環境的力互動和力控制。它的基本原理是將機器人建模為一個力控制系統，類似于一個彈簧-阻尼系統，可以模擬機器人對外部施加的力和力矩的響應。機器人導納控制的核心思想是響應外部施加在機器人上的力，而不是預定軌跡或位置。這使得機器人能夠適應不同的力互動情境，例如與人類操作員互動或在不確定環境中工作。

拖動示教原理：用戶通過手動操作機器人的末端或者與機器人連接的操縱桿，機器人根據導納模型的響應，實時地跟隨用戶的運動，并且對外部施加的力量有一定的響應。這種方式使得用戶可以直觀地引導機器人完成任務，例如在裝配過程中引導機器人拖動零部件。

2. 實現步驟

1.傳感器配置：安裝力傳感器或力/力矩傳感器在機器人的末端，用于實時測量外部施加在機器人上的力和力矩。

2.導納模型設計：根據任務需求和用戶操作特性，設計適當的導納模型，包括剛度和阻尼參數。

3.力控制器設計：開發基于導納模型的力控制器，該控制器根據測得的外部力和期望的導納模型響應，計算機器人的控制命令，使得機器人末端的力和運動響應用戶的操作。

4.示教過程：用戶通過手動操作機器人末端或操縱桿，機器人根據力控制器的指令實時跟隨用戶的運動。在這個過程中，機器人的運動受到用戶施加的力的影響。

5.性能實現和優化：在實際應用中，可能需要進行性能優化，包括導納模型參數的調整、控制器的增益調整，以及對傳感器數據的濾波和校準，以提高機器人的控制精度和穩定性。

導納控制通常用于控制與環境或物體進行物理交互的機器人。其目標是在交互扳手和機器人運動之間實現所需的導納特性。

拖動示教通過直接在機器人末端或者連桿上施加一定方向的力，控制器力檢測系統估算外部拖動力矩，引導機器人做相應的跟隨運動，然后記錄拖動過程位置，完成示教工作。

示教過程中，需要克服機器人連桿重力矩、摩擦力矩和慣性力矩。

基于動力學模型拖動示教模塊主要分為四大功能部分：動力學參數辨識、動力學模型、力矩前處理以及拖動控制部分。

導納控制方式適合機器人拖動示教的運動控制實現。導納控制以外部拖動力矩作為輸入，按照彈簧-阻尼-振子二階系統運動規律，計算關節拖動跟隨的位置指令。導納控制將機器人連桿運動模擬成彈簧阻尼系統。

通過電機電流或關節力矩傳感器獲得關節力矩。

理想的零力模式是可以拖動機械臂到任何位置，但是導納/阻抗控制拖動機械臂的時候如果外力保持不變，那么將有一個拖動位置的極限。

應用場景：對于移動下肢康復，導納控制器用于讓推車以最小的努力隨患者移動。

導納控制和阻抗控制之間的主要區別在于，前者在測量力后控制運動，后者在測量運動或偏離設定點后控制力。

導納控制與阻抗控制類似，旨在根據可編程的導納參數（即慣性、剛度和阻尼）向機器人施加受外部接觸力的所需的動態行為。

與計算參考關節扭矩的阻抗控制律不同，導納控制器的輸出是基于測量（或估計）接觸力的內部運動控制回路的參考運動。

導納控制性能的評價通常涉及到以下幾個方面的考慮：

1.響應速度（Response Speed）：導納控制下的機器人對外部力的響應速度是一個關鍵指標。一個快速而穩定的響應可以提高機器人的操作效率，特別是在需要快速適應外部力變化的任務中。

2.穩定性（Stability）：控制系統的穩定性是非常重要的。導納控制系統應該能夠保持穩定的力平衡，避免因為外部干擾導致的不穩定或振蕩。

3.力和運動的協調性（Force-Motion Coordination）：導納控制下的機器人需要能夠協調外部施加的力和自身的運動，確保力和運動之間的平衡，使得機器人能夠穩定地進行任務操作。

4.適應性（Adaptability）：導納控制的一個優勢是它的適應性，即機器人可以適應不同大小和方向的外部力。性能好的導納控制系統應該能夠在不同工作環境和任務需求下表現出良好的適應性。

5.抗干擾性（Disturbance Rejection）：導納控制系統應該能夠抵抗外部干擾，包括突然施加的力或者干擾力的變化。一個穩定的導納控制系統應該能夠迅速調整以抵消這些干擾。

6.用戶體驗（User Experience）：如果導納控制用于人機互動，用戶體驗是非常重要的。控制系統應該具有直觀性，讓用戶能夠自然地與機器人互動，并且有足夠的靈活性以適應用戶的動作和需求。

7.能效（Energy Efficiency）：機器人的能源消耗也是一個重要的性能指標。高效的導納控制系統應該能夠在維持穩定性和性能的同時，盡量減少能源的消耗。

導納控制（Admittance Control）的內涵：

1.力控制：導納控制的核心思想是以力為主導的控制策略。與傳統的位置控制不同，導納控制側重于機器人對外部力的響應。

2.模型化：在導納控制中，機器人被建模為一個等效的力控制系統。這個模型通常包括導納模型，描述了機器人的剛度和阻尼特性，用于模擬機器人對外部力的響應。

3.力和運動的平衡：導納控制追求力和運動的平衡。機器人可以根據外部施加的力來調整自身的運動，以保持力和運動之間的協調性。

4.適應性：導納控制系統通常具有較強的適應性，能夠適應不同大小、方向和速度的外部力，以適應不同的任務需求和工作環境。

5.用戶互動：導納控制常用于人機互動，用戶可以通過手動操作機器人的末端或操縱桿來引導機器人的運動，實現直觀的控制和協同工作。

6.穩定性：控制系統的穩定性是關鍵因素。導納控制系統應該能夠在外部干擾和力變化的情況下保持穩定，避免不穩定或振蕩。

7.力平衡：導納控制力求維持力平衡，機器人對外部力的響應應該與外部力平衡，以實現控制目標。

8.實時響應：導納控制要求機器人實時地對外部力和用戶輸入做出響應，以保持力和運動的協調性。

導納控制（Admittance Control）是一種機器人控制策略，專注于機器人與外部環境的力互動和力控制。它的核心思想是將機器人建模為一個力控制系統，類似于彈簧和阻尼器的組合。這種控制策略允許機器人與外部環境產生力的互動，使機器人能夠適應不同的力互動情境，例如與人類操作員互動或在不確定環境中工作。

1.導納模型：在導納控制中，機器人通常被建模為一個等效的導納模型，該模型包括兩個主要參數：

剛度（Stiffness）：剛度參數決定了機器人對外部力的響應速度。更高的剛度會導致機器人更快地響應外部力的變化，而更低的剛度使得響應速度變慢。剛度通常以力/位移的比率表示。

阻尼（Damping）：阻尼參數決定了響應的平滑性。更高的阻尼會減緩機器人的響應速度，減小振蕩，而更低的阻尼可能導致更不穩定的響應。阻尼通常以力/速度的比率表示。

1.力傳感器：為了實時監測外部環境施加在機器人上的力和力矩，通常需要在機器人的末端或與外部環境連接的部分安裝力傳感器或力/力矩傳感器。這些傳感器提供了機器人的外部力信息。

2.力控制器：基于導納模型和傳感器測量值，導納控制系統中的力控制器計算機器人的關節力矩，以實現所期望的導納模型響應。力控制器通過調整關節力矩以維持機器人與外部環境之間的力平衡。

3.用戶互動：導納控制通常用于人機互動或人機協同工作。用戶可以通過手動操作機器人的末端或操縱桿來引導機器人的運動，機器人會根據導納模型的響應模式跟隨用戶的力和運動。

4.穩定性：導納控制系統應該保持穩定性，避免不穩定或振蕩的情況。穩定性通常通過適當選擇剛度和阻尼參數以及控制器設計來實現。

5.適應性：導納控制系統具有一定的適應性，能夠適應不同大小、方向和速度的外部力。這使得機器人能夠在不同的任務需求和工作環境中表現出良好的適應性。

6.任務執行：導納控制廣泛應用于任務，如裝配、力導引操作、協作機器人、協助行動和協同操控等領域。機器人通過導納控制可以與人類或其他機器人協同工作，執行需要力互動的任務。