"為什么你一向在提力控？力控為什么這么重要？""方位操控（Position Control）與力控（Force/Torque Control）的使用比較"第一個問題假如你去問機(jī)器人職業(yè)的人，基本上是歸于一個一致即："未來的機(jī)器人運動操控范疇，有必要引進(jìn)力控，純方位操控是沒有前途的。"在寫這篇文章之前，我企圖去找一些關(guān)于力控使用及重要性的學(xué)術(shù)大佬們的職業(yè)開展Review Paper來做參考，但并沒有找到很合適，好像對于這個"一致"，大佬們不太屑于寫Review，其實就有點像"為什么我們現(xiàn)在需求電腦（計算機(jī)）來做科研"這樣的的類似命題。因而，以下內(nèi)容為我一家之言，歡迎大家討論、批評與彌補(bǔ)！力控的使用背景：在目前的工業(yè)界（諸如生產(chǎn)機(jī)械臂裝配）簡直都在使用著傳統(tǒng)的方位操控，比較典型的就是：機(jī)器人沿著事前規(guī)劃好的軌道在封閉、確認(rèn)的空間中運動?；蛟S有些時分，機(jī)器人得到從視覺體系（Vision System）的反應(yīng)，這樣就能使得方位操控的機(jī)器人具有必定習(xí)慣外界可變環(huán)境的才能。但是在某些使用場合中——更加精確地操控施加在結(jié)尾執(zhí)行器（End-Effector）的力比操控結(jié)尾執(zhí)行器的方位更加重要時，力控就有必要得到引進(jìn)，即：單單將關(guān)節(jié)方針方位（Target Position）作為操控輸出量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到使用的要求，有必要引進(jìn)力矩/力控制輸出量，或許將力矩/力作為閉環(huán)反應(yīng)量引進(jìn)操控。

實例1：這個工業(yè)機(jī)械臂做不規(guī)則外表拋光（Polish），需求苛刻操控結(jié)尾拋光件與外表的接觸力大小，因而需求用到結(jié)尾執(zhí)行器的力反應(yīng)，進(jìn)行Hybrid Position/Force Control。(1981年的Marc Raribert現(xiàn)已占據(jù)這個山頭)實例2：Atlas在不規(guī)則且不知道的雪地路面行走（locomotion），路面狀況沒有做事前的建模猜測（Perception），而且疏松雪地這樣的路況，沒有辦法預(yù)先做到精確的建模。簡單來說：假如使用純位控，你沒有辦法規(guī)劃出一條合適的方位軌道（Position Trajectory），有必要引進(jìn)力控，做實時的動態(tài)操控（Dynamic Control）。

力反應(yīng)丈量：目前機(jī)器人職業(yè)（Motor Based），我個人總結(jié)大致分為以下三個方向做硬件層面的力傳感器與力反應(yīng)丈量：電流環(huán)（Current loop）：經(jīng)過電機(jī)的電流閉環(huán)做力閉環(huán)反應(yīng)操控，適用于直驅(qū)電機(jī)（Direct Drive Motor）或許帶小減速比（Reduction Ratio小于10）的使用場景，諸如小型阻抗操控的人機(jī)交互的機(jī)械臂和小型四足，像MIT Cheetah等；力/力矩傳感器（Force Torque Sensor）: 直接使用商用的六維力/力矩傳感器，比如說典型的ATI或許Robotiq公司，封面圖就是ATI的FT Sensor。而在人型機(jī)器人之中，通常將力/力矩傳感器裝置在(1)腳掌與踝關(guān)節(jié)之間；

(2)機(jī)械手與腕關(guān)節(jié)之間——實例1中，力/力矩傳感器就裝置在打磨圓盤和腕關(guān)節(jié)之間，丈量結(jié)尾執(zhí)行器（機(jī)械手或許腳掌）與外界環(huán)境交互的受力狀況；彈性體（Compliant Structure）: 設(shè)計彈性體集成在驅(qū)動器對外輸出端之前，往往會形成SEA，經(jīng)過彈性體形變丈量力矩，往往適用于人型機(jī)器人集成度較高和驅(qū)動器輸出力矩要求較高的使用場合。（可參考上一篇文章Strain Gauge or Encoder Based? 關(guān)于SEA力矩丈量原理選擇的淺談）無力/力矩傳感器的力控：有沒有可能在沒有任何力傳感器的狀況下做力控呢？(Sensor-less Torque Control)這是個很有趣的問題，答案是"有"！

前提條件是你有必要至少有方位操控QAQ）完成辦法如下：首要你有必要有一個具有彈性體性能的結(jié)尾執(zhí)行器（Compliant End-Effector），并且彈性體的形變與受力關(guān)系是很明確的。因而在這兒，你將操控的方位軌道是彈性體的形變軌道（Deformation Trajectory），而這一個形變軌道則是根據(jù)你想要發(fā)生的力（Desired Force）來生成的，直接的發(fā)生力控。學(xué)術(shù)界有很多人走這個方向，你不妨去GoogleSchloar查找Sensor-less Torque Control，會出現(xiàn)一大批文章，其中還不乏高引論文。但是作者認(rèn)為，這個方向是完全要被篩選的，無異于飲鳩止渴，這兒就不貼那些論文的鏈接了。這種辦法的缺陷如下：與結(jié)尾執(zhí)行器發(fā)生交互的目標(biāo)，其方位和形狀有必要是已知的；交互目標(biāo)的外表有必要是"肯定"剛度；結(jié)尾執(zhí)行器的彈性體性能有必要是一個方向上的；這3個苛刻的條件任意一個不滿足，就可以打出"GG"了。方位操控&力/力矩操控：那我們還需求方位操控么？

這個問題是顯而易見的，方位操控是一向需求的，所謂的一致是："有必要引進(jìn)力/力矩操控，未來的操控需求有兩個操控量，純方位操控是要被篩選的"我們再回到例子1，那個工業(yè)機(jī)械臂做外表拋光的使用場景：實際上這個使用歸于Hybrid Position/Force Control，由Marc Raibert提出于1981年，力控只需求存在在與拋光外表筆直的方向上，即嚴(yán)格操控結(jié)尾執(zhí)行器與拋光外表的接觸力，但對于其他方向的運動，是不存在需求力控要求的，單純的方位操控就可以完成。而當(dāng)拋光工序結(jié)束的時分，操控器又要切回純方位操控，將機(jī)械臂回收，未來的操控器是需求具有在位控和力控兩種scheme之前靈敏切換的才能。

總結(jié)：回到文章的標(biāo)題：問：為什么我們在機(jī)器人運動操控中一向在強(qiáng)調(diào)力控？

答：由于未來機(jī)器人的運動使用要求：是需求走進(jìn)人類的實際生活的，即：是需求與安全地與人類做物理上的交互（Human Robot Physical Interaction）是需求做到和婉的阻抗操控（Impedance Control）是需求具有在不知道環(huán)境（Un-perceptive environment）中的運動的才能是需求具有快速的動態(tài)操控（Dynamical Control）調(diào)整才能而以上的所有，都離不開——力/力矩操控。