Modos de control del robot explicados: posición, velocidad, par y impedancia
Explicación clara de los modos de control de brazos robóticos <unk> lo que son, cómo funcionan y cuándo utilizarlos para la manipulación y teleoperatoria.
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La elección del modo de control correcto es tan importante como la elección del algoritmo correcto.
Por qué es importante controlar
Un brazo robótico se controla al especificar corrientes o voltajes a los motores. Pero casi nunca interactúas a ese nivel. En cambio, los controladores robóticos proporcionan capas de abstracción que te permiten controlar al robot en términos más significativos.
El modo de control que elija determina:
- Cómo responde el robot al contacto. Un brazo rígido controlado por posición que golpea una parada dura ejercerá grandes fuerzas.
- Qué es lo que manda sus resultados de política. Modo de posición → objetivos de ángulo conjunto. Modo de velocidad → velocidades conjuntas. Cada uno requiere un diseño de política diferente.
- Profiles de seguridad. El control de posición es seguro en el espacio abierto pero peligroso cerca del contacto.
Control de posición
El control de posición es el modo predeterminado para la mayoría de los brazos industriales y colaborativos.
Comando: Ángulos de articulación de objetivo
Controller: Un bucle PID (Proporcional-Integral-Derivado) calcula los par de motor necesarios para impulsar los ángulos conjuntos reales hacia
** Características:** Muy rígido
Es mejor para: tareas estructuradas de selección y colocación en las que no hay contacto inesperado; movimientos industriales rápidos y repetitivos; recopilación inicial de datos.
Cuidado: No utilice el control de posición cuando el robot pueda chocar con un objeto o una persona.
Control de velocidad
El control de velocidad acepta una velocidad conjunta (o cartesiana) deseada y impulsa al robot para mantener esa velocidad.
Comando: Velocidad conjunta
Controller: Integra la velocidad a un objetivo de posición con limitación de velocidad; el bucle de posición corre por debajo.
** Mejor para:** Teleoperación lisa
Cuidado: Si se deja caer el comando de velocidad (por ejemplo, tiempo de espera de la red), el robot continúa en la última velocidad ordenada y puede sobrepasar. Implemente un perro de vigilancia que cereza la velocidad en la pérdida de comando.
Control de par / fuerza
El control del par funciona en el nivel más bajo: usted manda el par deseado en cada unión directamente.
Comando: Tornos conjuntos deseados
Controller: El conductor del motor aplica la corriente ordenada (proporcional al par).
Requisitos: Modelo de dinámica exacto (matriz de inercia M, término Coriolis/centrífuga, vector de gravedad g):
Es mejor para: Interacción física entre humano y robot (IRH) donde la seguridad es primordial; tareas que requieren una fuerza de contacto muy baja; investigación sobre manipulación conforme.
Cuidado: El control del par sin compensación por gravedad hará que el brazo caiga bajo la gravedad.
Control de impedancia
El control de impedancia es el modo más prácticamente útil para la manipulación rica en contacto. Implementa un amortiguador de resorte virtual en el espacio cartesiano: el robot se comporta como si estuviera conectado a la posición comandada por un resorte de rigidez K y amortiguador del coeficiente B.
Ley de control:
donde
Aunificación de rigidez:
- Alta rigidez (K = 2000 N/m): El robot se comporta casi como el control de posición
resiste fuertemente al desplazamiento. - Low rigidity (K = 100 N/m): El robot cede a fuerzas de contacto
seguras para interactuar con objetos deformables o con humanos. - Stifidez anisotrópica: Establezca una rigidez alta a lo largo de la dirección de la tarea y una rigidez baja perpendicular.
Es ideal para: Insertar en agujero, abrir puertas, seguir la superficie, tareas de montaje, cualquier tarea que implique contacto continuo.
Comparación de modo de control
| Mode | Stiffness | Compliant at Contact? | Command Type | Hardware Support | Best Use Case |
|---|---|---|---|---|---|
| Position | Very high | No | Joint angles / Cartesian pose | Universal | Pick-place, fast repetitive tasks |
| Velocity | High | No (stops when velocity=0) | Joint/Cartesian velocity | Most cobots | Teleoperación (joystick/servo) |
| Torque | Near zero | Yes (fully back-drivable) | Joint torques | Torque-controlled arms only | HRI safety, inner loop for impedance |
| Impedance | Tunable | Yes (spring-like) | Desired pose + K/B gains | Most cobots (Cartesian impedance) | Contact-rich assembly, peg insertion |
En la práctica, la mayoría de las políticas de manipulación se ejecutan en modo de control de posición para la fase de movimiento del espacio libre y cambian a control de impedancia para la fase de contacto.
Para experimentar con los modos de control en hardware real, vea la serie de tutoriales de OpenArm (T10), que incluye ejercicios prácticos para los cuatro modos.