面向机器人全身力控制的关节力伺服控制技术

需求的背景和应用场景

在快速发展的人工智能产业中，机器人技术作为核心驱动力之一，正不断向更高层次迈进。传统机器人在执行任务时，往往依赖于精确的位置控制，但在许多实际应用场景中，如精密制造、医疗康复、人机交互以及复杂环境下的作业，仅依靠位置控制已难以满足需求。特别是在需要与环境进行柔和互动、实现力顺应性操作的场合，机器人必须具备精确的力控制能力。因此，面向机器人全身力控制的关节力伺服控制技术需求应运而生。这一技术旨在解决机器人在复杂作业环境中对力的精确感知、控制与调节问题，提升机器人的作业精度、灵活性和安全性，拓展其在精密加工、医疗手术、康复辅助、服务机器人等领域的广泛应用。

要解决的关键技术问题

本技术需求聚焦于机器人关节力伺服控制的核心难题，旨在通过以下关键技术突破，实现机器人全身力控制能力的飞跃：

1. 液压关节多余力控制：针对采用液压驱动系统的机器人关节，开发高效的多余力抑制算法，确保关节在动态变化的外力作用下仍能保持稳定的力输出，提高系统的鲁棒性和响应速度。
2. 电机直接/间接扭矩控制：研究电机驱动关节的高精度扭矩控制策略，包括直接扭矩控制和通过传动机构实现的间接扭矩控制，以实现关节力矩的精确调节和快速响应。
3. 关节力位混合控制：结合位置控制和力控制的优势，开发力位混合控制算法，使机器人能够在不同作业阶段灵活切换或同时实现位置和力的精确控制，提高作业的灵活性和适应性。
4. 柔顺控制：研究基于力反馈的柔顺控制策略，使机器人能够感知并顺应环境变化，实现与环境的柔和互动，减少冲击和损伤，提高作业的安全性和效率。

效果要求

本技术需求的成功实施，将带来以下显著效果：

• 提升机器人作业精度与灵活性：通过精确的力控制，机器人能够在复杂环境中实现毫米级甚至微米级的作业精度，同时提高作业的灵活性和适应性，满足高精度作业需求。
• 增强机器人安全性与鲁棒性：柔顺控制技术的应用使机器人能够感知并顺应环境变化，避免碰撞和损伤，提高作业的安全性。同时，多余力控制等技术的突破增强了系统的鲁棒性，使机器人能够在恶劣环境下稳定工作。
• 拓展机器人应用领域：该技术将推动机器人在精密制造、医疗手术、康复辅助、服务机器人等领域的广泛应用，为这些行业带来革命性的变革，提升生产效率、降低成本、提高服务质量。
• 形成技术竞争优势：该技术的研发将形成具有自主知识产权的核心技术，提升我国在机器人领域的国际竞争力，为相关产业的发展提供强有力的技术支撑。