力控使用手册

一、主要参数介绍

• 力控主要阻抗控制参数：

  • M（质量）：影响机器人对环境产生的冲击运动，M 较大会导致轨迹误差较大，系统响应慢。
  • D（阻尼）：相当于摩擦，D 增大会减小响应力超调，导致响应变慢，能量消耗增大大。
  • K（刚度）：刚度参数决定了机器人在受力时的刚性程度，作用相当于弹簧，数值越大，弹力越大。

• 参数示例：

  M = {30.0, 30.0, 30.0, 10.0, 10.0, 10.0}
  D = {1000, 1000.0, 1000.0, 100.0, 100.0, 100.0}
  K = {1000, 1000.0, 0, 100.0, 100.0, 100.0}

二、脚本实例

实例	参数	描述
实例1	K=0 goal_force=0	演示拖动效果，拖动后保持，不会回原位
实例2	K>0 goal_force=0	演示弹簧效果，拖动松开后回到原位
实例3	K=0 D=100 goal_force=-5	在实例1条件下，只单独添加目标力，机械臂会受目标力影响，一直朝着能满足目标力平衡的方向移动，施加外力与目标力达到平衡后停止运动
实例4	K=500 D=100 goal_force=-5	在实例2条件下，只单独添加目标力，机械臂受目标力影响移动一段距离，但是弹簧状态会给机械臂反弹的力，当弹簧的力与目标力达成平衡后静止，随后保持弹簧状态
实例5	Move(Y400 > Y500) K=100 D=100 goal_force=0	在实例2条件下，修改运动方向，机械臂全程处于弹簧状态，在朝着 Move 方向移动时，施加 Z 方向外力后，机械臂会在弹簧力作用下，回到原来 Z 的位置，Move 结束后，仍处于弹簧状态。
实例6	Move(Y400 > Y500) K=100 D=100 goal_force=-1	在实例6条件下，机械臂全程处于弹簧状态，在朝着 Move 方向移动时，受目标力影响，Z 方向会朝着使目标力平衡的方向移动一段距离，当弹簧的力与目标力平衡后，Z 方向停止运动，机械臂处于弹簧状态。Move 结束后，机械臂Z在目标位置之下。
实例7		第一段Z 方向运动达到稳定状态，设置参考轨迹，参考轨迹终点在接触桌面上方大约1mm 处，利用实例6力引导效果，达到平衡状态。 第二段以第一段平衡状态点作为基准点，沿着 Y 方向移动 100mm 绘制直线，力控会在力引导情况下一直保持 1N 的力完成直线绘制
实例8		第一段Z 方向运动达到稳定状态，设置参考轨迹，参考轨迹终点在接触桌面上方大约 1mm 处，利用实例6力引导效果，达到平衡状态。 第二段以第一段平衡状态点作为基准点，通过设置相同高度的另外两点，绘制圆，绘制过程中，力引导会根据实际力反馈下进行调整，完成圆形绘制。

• 当 K 为 0 时，不设置目标力，机械臂会处于一个拖动效果。
• 当 K 大于 0 时，不设置目标力，会出现弹簧效果，K 越大，弹簧越硬。
• 当 K 为 0，且设置了 D 和目标力的情况下，会出现力引导的情况，即不受外力作用下，机械臂持续运动，速度与力成正比，与阻尼成反比，直到受到反方向的力与目标力达成平衡。
• 当 K 不为 0，且设置了 D 和目标力的情况下，机械臂会下落一段距离，后停止并保持 弹簧状态。对抗下落所需的力等于设置的目标力。
• 如果存在 Move ，在 Move 完成之后继续完成上述四点动作。

注意

• 所有脚本力控开启方向为 Z，设置的 K 和 D 值均在 Z 方向上。

• 初始位姿 pose_z = 400、pose_y=400。

• Move 速度为 v = 10。

实例 1：拖动（drag）

• 实例说明：当K为 0 时，不设置目标力，机械臂会处于一个拖动效果，即给末端施加外力，机械臂会朝着力的方向移动，不会回到原位。

• 参数设置如下：

  M = {30.0, 30.0, 30.0, 10.0, 10.0, 10.0}
  D = {1000.0, 1000.0, 100.0, 100.0, 100.0, 100.0}
  K = {1000, 1000.0, 0, 100.0, 100.0, 100.0}
  goal_force = 0

• 情况描述：

  演示力控拖动效果，拖动后保持，不会回位

  D越小，拖动越轻。

  

• 实例 1 相关文件：

  • drag.pro
  • drag.lua
  • init.lua

实例 2：弹簧（spring）

• 实例说明：当K不为 0 时，不设置目标力，会出现弹簧效果，K越大，弹簧越硬，即越远离当前位置，所需的力就越大，撤去外力后，机械臂会回到原位。

• 参数设置如下：

  M = {30.0, 30.0, 30.0, 10.0, 10.0, 10.0}
  D = {1000.0, 1000.0, 100.0, 100.0, 100.0, 100.0}
  K = {1000, 1000.0, 100, 100.0, 100.0, 100.0}
  goal_force = 0

• 情况描述： 演示力控弹簧效果，拖动松开后回回位K越大，弹簧越硬

  

• 实例 2 相关文件：

  • spring.pro
  • spring.lua
  • init.lua

实例 3：设置目标力的拖动（guide）

• 实例说明 : 在实例1演示的拖动中增加目标力 -5N，机械臂会受目标力影响，一直朝着能使目标力平衡的方向移动，直到受到相等的外力使机械臂达到平衡状态，机械臂停止运动。该实例中，目标力为 -5N，机械臂向下运动，直到给工具向上 5N 的外力使之达到平衡状态。

• 参数设置如下：

  M = {30.0, 30.0, 30.0, 10.0, 10.0, 10.0}
  D = {1000.0, 1000.0, 100.0, 100.0, 100.0, 100.0}
  K = {1000, 1000.0, 0, 100.0, 100.0, 100.0}
  goal_force = -5

• 情况描述：

  • 不施加外力，机械臂一直向下运动

  • 施加 5N 的力可使机械臂维持不动，如果施加大于 5N 的力，机械臂会向上运动

    

• 实例 3 相关文件：

  • guide.pro
  • guide.lua
  • init.lua

实例 4：设置目标力的弹簧（spring2）

• 实例说明 ： 在实例2演示的弹簧中增加目标力 -5N，机械臂会受目标力影响，朝着能使目标力平衡的方向移动，不同于实例3中受相等的外力达到平稳状态，弹簧状态下末端移动距离会产生反方向的力，与设置的目标力达到平衡后，机械臂处于一个新的弹簧状态。

• 参数设置如下：

    - M = {30.0, 30.0, 30.0, 10.0, 10.0, 10.0}
    - D = {1000.0, 1000.0, 100.0, 100.0, 100.0, 100.0}
    - K = {1000, 1000.0, 500, 100.0, 100.0, 100.0}
    - goal_force = -5

• 情况描述：

  • 不施加力，机械臂运动到 390 左右停下，然后处在弹簧状态 。

    • 施加外力，使 pose_z 维持到 400，所需的力为 5N 左右。

      

• 实例 4 相关文件：

  • spring2.pro
  • spring2.lua
  • init.lua

实例 5：设置 Y+ 参考轨迹的弹簧（soft_y_line）

• 实例说明：在实例2演示的弹簧中添加参考轨迹，沿着 Y+ 方向移动 100mm。机械臂全程处于弹簧状态，在朝着 Y+ 方向移动时，施加 Z 方向外力后，机械臂会在弹簧力作用下，回到原来 Z 的位置，Move 结束后，仍处于弹簧状态。

• 参数设置 如下：

  M = {30.0, 30.0, 30.0, 10.0, 10.0, 10.0}
  D = {1000.0, 1000.0, 100, 100.0, 100.0, 100.0}
  K = {1000, 1000.0, 100, 100.0, 100.0, 100.0}
  goal_force = 0

• 情况描述：

  • 不施加外力：机械臂从 y400 运动至 y500，且从 z400 移动至 z386，然后处于弹簧状态。

  • 设置了最大力条件，力超过最大限制，满足 isCondFullfiled()，机械臂停止运动。

  • 图表显示：

• 实例 5 相关文件：

  • soft_y_line.pro
  • soft_y_line.lua
  • init.lua

实例 6：设置 Y+ 参考轨迹与目标力的弹簧（force_y_line）

• 实例说明：在实例5演示的弹簧中添加目标力。机械臂全程处于弹簧状态，在朝着 Move 方向移动时，机械臂受目标力影响，Z 方向会朝着使目标力平衡的方向移动，当弹簧的力与目标力平衡后，Z 方向停止运动。Move 结束后，机械臂 Z 在目标力之下。

• 参数设置如下：

  M = {30.0, 30.0, 30.0, 10.0, 10.0, 10.0}
  D = {1000.0, 1000.0, 100, 100.0, 100.0, 100.0}
  K = {1000, 1000.0, 100, 100.0, 100.0, 100.0}
  goal_force = -1

• 情况描述：

• 不施加外力：机械臂从 y400 运动至 y500，且从 z400 运动至 z386，然后处于弹簧状态。

• 如果 z400 位于桌面上，开启力控，机械臂从 y400 运动至 y500，并且给桌面持续施加约 1N 的压力。

• 图片显示：

  

• 实例 6 相关文件

  • force_soft_y_line.pro
  • force_soft_y_line.lua
  • init.lua

实例 7：绘制直线（line）

• 实例说明：为直观展现力控效果，该实例分两段进行绘制直线。

  • 第一段，Z方向竖直下落到桌面，到达平衡状态。整个过程从“路点 2 > 路点 0 > target_pose > 力平衡点”。“路点 2 > 路点 0 ”过程机械臂快速拉近距离，路点“0 > target_pose”此路径为参考轨迹，为降低机械臂速度导致的冲击，target_pose 设置为桌面接触上 1mm 的位置，到达 target_pose 位置后，受目标力驱动继续下降，直到接触桌面达到力平衡状态，力平衡点无需单独设置。结束条件包括 运动超时、运动到位、运动到达稳态、力控超出最大力达到保护性停止。
  • 第二段，以力平衡点为基准点，在基准点往 Y+ 移动 100mm 绘制直线，力控状态作用于整个绘制过程，时刻保持在 1N 左右直到直线绘制完成。结束条件包括运动超时、运动到位、力控超出最大力达到保护性停止。

• 参数配置：

  • 第一段参数配置如下：

    M = {30.0, 30.0, 10.0, 10.0, 10.0, 10.0}
    D = {1000.0, 1000.0, 600, 100.0, 100.0, 100.0}
    K = {1000, 1000.0, 0, 100.0, 100.0, 100.0}
    goal_force = 1

    

  • 第二段参数配置如下：

    M = {30.0, 30.0, 10.0, 10.0, 10.0, 10.0}
    D = {1000.0, 1000.0, 600, 100.0, 100.0, 100.0}
    K = {1000, 1000.0, 0, 100.0, 100.0, 100.0}
    goal_force = 1

    

• 实例 7 相关文件：

  • line.pro
  • line.lua
  • init.lua

实例 8：绘制圆（circle）

• 实例说明：为直观展现力控效果，该实例分两段进行绘制直线。

  • 第一段，Z 方向竖直下落到桌面，到达平衡状态。整个过程从“路点 2 > 路点 0 > target_pose > 力平衡点”。“路点2 > 路点 0 ”过程机械臂快速拉近距离，路点“0 > target_pose ”此路径为参考轨迹，为降低机械臂速度导致的冲击，target_pose 设置为桌面接触上 1mm 的位置，到达 target_pose 位置后，受目标力驱动继续下降，直到接触桌面达到力平衡状态，力平衡点无需单独设置。结束条件包括 运动超时、运动到位、运动到达稳态、力控超出最大力达到保护性停止。
  • 第二段，以力平衡点为基准点，在基准点 Z 不变的情况下，设置另外两个参考点，这三个点构成一条圆的轨迹。将设置好的圆的参考轨迹给力控，根据力控反馈的力的值修正圆的轨迹，时刻保持在 1N 左右直到圆形绘制完成。结束条件包括 运动超时、运动到位、力控超出最大力达到保护性停止。

• 参数配置：

  • 第一段参数配置如下：

    M = {30.0, 30.0, 10.0, 10.0, 10.0, 10.0}
    D = {1000.0, 1000.0, 600, 100.0, 100.0, 100.0}
    K = {1000, 1000.0, 0, 100.0, 100.0, 100.0}
    goal_force = 1

    

  • 第二段参数配置如下：

    M = {30.0, 30.0, 10.0, 10.0, 10.0, 10.0}
    D = {1000.0, 1000.0, 600, 100.0, 100.0, 100.0}
    K = {1000, 1000.0, 0, 100.0, 100.0, 100.0}
    goal_force = 1

    

• 实例 8 相关文件：

  • circle.pro

  • circle.lua

  • init.lua