로봇 제어 모드 설명: 위치, 속도, 토크, 임페덴스

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올바른 제어 모드를 선택하는 것은 올바른 알고리즘을 선택하는 것과 마찬가지로 중요합니다. 부합이 발생하면 심각한 충돌, 불안정한 텔레오퍼레이션 또는 정책 성능이 떨어집니다.

통제 방식 이 중요 한 이유

로봇 팔은 결국 모터에 전류나 전압을 지정하여 제어됩니다. 하지만 그 수준에서 거의 상호 작용하지 않습니다. 대신 로봇 컨트롤러는 로봇을 더 의미있는 용어로 지휘할 수 있도록 추상화 계층을 제공합니다.

선택된 제어 모드는 다음과 같이 결정됩니다.

• • 로봇 이 접촉 에 반응 하는 방법.** 단단 한 위치 를 제어 하는 팔 이 단단 한 정지 에 닿으면 큰 힘 을 발휘 할 것 이다.
• 정책 출력에 어떤 것이 명령한다. 위치 모드 → 공동 각 목표. 속도 모드 → 공동 속도. 각 정책 설계는 다릅니다.
• ** 안전 프로필.** 위치 제어 는 개방 공간 에서 안전하지만 접촉 근처 에 위험 합니다. 토크 제어 는 부드럽고 안전한 접촉 을 가능하게 하지만 정확한 동적 모델 을 필요로 합니다.

위치 제어

위치 제어는 대부분의 산업 및 협업 기관의 기본 모드입니다.

** 명령:** 목표 관절 각 T0 (또는 IK 이후 동등한 카르테스 목표)

** 컨트롤러:** PID (Proportional-Integral-Derivative) 루프는 실제 관절 각을 T1로 향하기 위해 필요한 모터 토크를 계산한다. 루프는 14 kHz에서 실행된다.

특성: 매우 딱딱한 컨트롤러는 명령 위치까지 도달하기 위해 큰 힘을 발휘할 것이다. 높은 반복성 (±0.05mm). 예측 가능, 빠른.

**기반기 작업에 가장 적합합니다. ** 예상치 못한 접촉이 없는 구조화된 선택 및 장소 작업, 신속하고 반복적인 산업 운동, 초기 데이터 수집.

주의: 로봇이 물체나 사람과 충돌할 수 있는 경우 위치 제어 기능을 사용하지 마십시오. 충돌 탐지로 포장하거나 접촉 단계에서 컴플라이언스 모드를 사용하십시오.

속도 조절

속도 제어는 원하는 결합 (또는 카르테시아) 속도를 받아들이고 로봇을 그 속도를 유지하도록 움직인다.

** 명령:** 공동 속도는 T2 또는 카르테시아 속도는 T3.

** 컨트롤러:** 속도 제한과 함께 위치 목표에 속도를 통합합니다. 위치 루프는 아래로 실행됩니다.

**** 부드러운 텔레오퍼레이션에 가장 적합합니다. 조이스틱 또는 스페이스마우스 운영자는 속도와 자연적으로 명령한다. MoveIt2의 "서보" 모드는 실제 시간에 운영자의 입력 정보를 추적하기 위해 카르테시아 속도 제어기를 사용합니다.

주의: 속도 명령이 떨어지면 (예를 들어 네트워크 타임아웃) 로봇은 마지막 명령 속도에서 계속되고 초과 할 수 있습니다. 명령 손실에 속도를 제로화하는 감시 개를 구현하십시오.

동전/압력 제어

동전 조절은 가장 낮은 수준에서 작동합니다. 각 관절에서 원하는 동전을 직접 명령합니다.

** 명령:** 원하는 관절 동동력 T4.

** 컨트롤러:** 엔진 드라이버는 명령 전류 (토크에 비례하여) 를 적용한다. 로봇은 외부 힘에 반응하여 자유롭게 움직인다.

** 요구 사항:** 정확한 동역학 모델 (무동성 매트릭스 M, 코리올리스/중심분리 용어 C, 중력 벡터 g): T5. 동역학 모델의 오류는 직접적으로 운동 오류로 나타난다.

** 안전이 최우선일 때:** 안전이 최우선일 때 인간과 로봇의 물리적 상호작용 (HRI); 매우 낮은 접촉력을 필요로 하는 작업; 준수적인 조작에 대한 연구.

주의: 중력 보상 없이 동전 조절은 팔이 중력 아래로 떨어질 수 있습니다. 순수 동전 조절은 거의 독립적으로 사용되지 않습니다.

탄력 조절

탄압 조절은 접촉 부가 있는 조작에 가장 실용적으로 유용한 방식이다. 카르테시아 공간에서 가상 스프링-담퍼를 구현한다. 로봇은 K의 딱딱함 스프링과 B 계수의 담퍼로 명령 위치와 연결되어있는 것처럼 행동한다.

** 통제법:** T6

T7가 원하는 위치이고 T8가 현재 위치입니다. 로봇은 원하는 위치에서 이동하는 것과 비례적으로 힘을 발휘합니다.

성 조율:

• ** 높은 딱딱함 (K = 2000 N/m):** 로봇은 위치 제어와 거의 비슷합니다.
• 저성 (K = 100 N/m): 로봇은 변형 가능한 물체나 인간과 상호작용하기 위해 안전한 접촉력으로 굴복한다. 표면 추종과 섬세한 조립에 사용된다.
• Anisotropic stiffness: 작업 방향에 따라 높은 딱딱함과 낮은 딱딱함을 수직으로 설정합니다.

**** 구멍에 꽂히는 , 문 개통, 표면 추적, 조립 작업, 지속적인 접촉을 포함하는 모든 작업에 적합합니다.

제어 모드 비교

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	원격조작 (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

실제에서 대부분의 조작 정책은 자유 공간 운동 단계에 위치 제어 모드로 실행되고 접촉 단계에 대한 피동력 제어로 전환합니다. 이 하이브리드 접근법은 필요한 경우 정확성과 객체를 만질 때 준수성을 제공합니다.

실제 하드웨어에서 제어 모드를 실험하려면 [OpenArm 튜토리얼 시리즈] (T10) 를 참조하십시오.