Pengantar Pengendalian Gaya dan Pengendalian Impedansi — Membangun Robot yang Dapat Menyentuh

Contents — find the section you need

Kontrol posisi — memberikan perintah "bergerak ke koordinat ini" pada lengan robot — berfungsi dengan baik saat lengan bergerak di ruang bebas. Jika target berada di luar permukaan yang kaku, mengurangi kesalahan posisi dapat menghasilkan gaya kontak yang besar. Besarnya gaya kontak bergantung pada penguatan, kekakuan mekanis dan lingkungan, kecepatan pendekatan, dan batas torsi. Kontak tidak selalu menyebabkan kontrol posisi gagal; mengendalikan gaya interaksi membutuhkan desain tambahan. Artikel ini dimulai dari kegagalan konkret ini — "apa yang terjadi pada saat kontak" — dan secara sistematis membahas kontrol impedansi, yang mendefinisikan hubungan antara gaya dan gerakan robot menggunakan pegas, peredam, dan massa virtual; kontrol admitansi, yang membalikkan hubungan kausal tersebut; dan kontrol posisi/gaya hibrida, yang memisahkan posisi dan gaya berdasarkan arah spasial, mengikuti persamaan sepanjang prosesnya.

Tangan lima jari servo-elektrik Schunk SVH di Hannover Messe 2016

Tangan robot yang merasakan gaya dan sentuhan, di lapangan

Gambar: Robotic Tangan di Hannover Messe 2016 (NearEMPTiness, CC BY-SA 4.0), Wikimedia Commons. Sebuah contoh tangan multi-jari yang merasakan kontak dan gaya genggaman, bukan implementasi spesifik dari kontrol impedansi atau admitansi yang dibahas dalam teks.

0. Apa yang Dibahas Artikel Ini

Mengapa kontrol posisi saja tidak dapat menangani tugas di mana robot bersentuhan dengan lingkungannya
Hubungan antara input yang ditangani kontrol gaya (penginderaan posisi/gaya) dan outputnya (torsi, sudut sendi)
Bagaimana kontrol impedansi menghubungkan kesalahan posisi dan gaya melalui "pegas, peredam, dan massa virtual"
Bagaimana kontrol admitansi adalah desain yang membalikkan kausalitas kontrol impedansi
Gagasan di balik kontrol posisi/gaya hibrida — memisahkan secara spasial arah yang dibatasi dan bebas
Perbedaan antara kontrol gaya murni, kontrol impedansi, kontrol admitansi, dan kontrol hibrida, dan kapan menggunakan masing-masing
Mengapa lingkungan yang kaku, gesekan, dan kebisingan sensor membuat kontrol gaya menjadi sulit
Bagaimana pilihan metode berubah di seluruh perakitan/pemolesan robot industri, fungsi keselamatan robot kolaboratif, dan berjalan humanoid

1. Kesimpulan Pertama: Apa Itu Kontrol Gaya dan Kontrol Impedansi

Dalam satu kalimat: kontrol gaya adalah kerangka kerja yang memperlakukan gaya yang diberikan atau diterima oleh tangan (atau sendi) robot dari lingkungan sebagai target kontrol eksplisit, bukan hanya posisi — dan kontrol impedansi, salah satu desain representatif di dalamnya, mengontrol gaya secara tidak langsung dengan mendefinisikan hubungan antara kesalahan posisi dan gaya sebagai pegas, peredam, dan massa virtual (impedansi mekanik).

Perbedaan penting di sini adalah bahwa "mengendalikan gaya secara langsung" dan "mendefinisikan hubungan antara gaya dan posisi" adalah hal yang berbeda. Kontrol gaya murni menargetkan gaya itu sendiri — "menghasilkan gaya 10 N ke arah ini" — sedangkan kontrol impedansi menargetkan aturan perilaku antara posisi dan gaya: "jika posisi bergeser, dorong balik (atau biarkan diri Anda didorong balik) dengan gaya yang proporsional dengan pergeseran tersebut." Seperti yang akan kita lihat di bagian selanjutnya, perbedaan ini memiliki dampak besar pada ketahanan terhadap ketidakpastian yang melekat pada kontak.

2. Mengapa kontrol posisi dengan kekakuan tinggi dapat menghasilkan gaya kontak yang besar

Sebagian besar lengan robot industri dibangun berdasarkan kontrol posisi, yang tanpa henti melacak sudut sendi target menggunakan kontrol PD dengan gain tinggi. Saat lengan bergerak di ruang bebas, ini tidak menimbulkan masalah sama sekali — ia hanya mengeluarkan torsi untuk mengurangi perbedaan (kesalahan) antara posisi target dan posisi saat ini, dan lengan tersebut menelusuri lintasan yang diinginkan dengan akurat.

Masalah muncul saat tangan menyentuh benda kaku. Pengontrol kontrol posisi terus mendeteksi kesalahan "Saya belum mencapai posisi target" dan terus mengeluarkan torsi untuk mencoba menguranginya. Tetapi karena lingkungan (meja, dinding lubang sekrup) tidak bergerak, tangan tersebut tidak dapat bergerak lebih jauh. Dalam kontak benda kaku yang ideal, situasi ini dapat diformalkan sebagai berikut.

\tau = K_p (\theta_d - \theta) + K_d (\dot{\theta}_d - \dot{\theta})

Untuk target tetap dan gain terbatas, pengontrol PD menghasilkan torsi terbatas pada kesalahan tetap; torsi tidak tumbuh tanpa batas hanya seiring berjalannya waktu. Meskipun demikian, perolehan besar atau target yang menembus permukaan dapat menghasilkan gaya kontak yang berlebihan. Aksi integral memperkenalkan masalah windup terpisah. Evaluasi batas torsi, kepatuhan, dan kecepatan pendekatan dalam sistem sebenarnya.

Lebih lanjut, kontrol posisi mengasumsikan bahwa "lintasan target" itu sendiri secara tepat sesuai dengan geometri lingkungan. Pertimbangkan memasukkan pin ke dalam lubang sekrup: jika posisi tengah lubang melenceng bahkan 0,1 mm, robot dengan kontrol posisi saja akan terus menekan dinding dengan kesalahan yang tepat tersebut. Manusia dapat melakukan tugas manual semacam ini karena pergelangan tangan dan ujung jari kita secara alami memiliki kelembutan (kepatuhan) — "merasakan gaya, dan memberi sedikit" — dan robot membutuhkan sifat yang sama yang sengaja direkayasa. Inilah motivasi di balik kontrol gaya dan kontrol impedansi.

3. Apa Saja Inputnya?

Kontrol gaya menggunakan lebih banyak sumber informasi daripada kontrol posisi saja.

Sudut sendi dan kecepatan sudut sendi: keadaan sendi $\theta, \dot{\theta}$ yang diperoleh dari encoder, yang dibagikan dengan kontrol posisi.
Gaya/torsi yang diterapkan pada tangan (atau seluruh lengan): gaya aktual $F_{\text{ext}}$ yang diterima dari lingkungan, diperoleh dari sensor F/T 6 sumbu yang dipasang di pergelangan tangan, atau dari sensor torsi pada setiap sendi. Prinsip di balik penginderaan gaya ini dibahas secara detail dalam Cara Kerja Sensor Gaya/Taktil, dan Produk Unggulan.
Lintasan target / impedansi target: selain posisi referensi $\mathbf{x}_d$ yang harus dicapai tangan, kontrol impedansi juga memerlukan parameter massa virtual target, redaman, dan kekakuan ( $M_d, D_d, K_d$ ) yang diberikan terlebih dahulu oleh perancang sebagai input.
Informasi tentang kontak dan sifat lingkungan: metode seperti kontrol hibrida, yang mengasumsikan bahwa apakah suatu arah dibatasi berbeda menurut arah spasial, juga mengambil sebagai input desain arah mana yang dibatasi oleh lingkungan (matriks seleksi).

Penambahan penginderaan gaya adalah perbedaan terbesar dari kontrol posisi. Bandwidth, laju pengambilan sampel, dan karakteristik derau sensor gaya secara langsung mengatur kecepatan respons dan stabilitas seluruh loop kontrol gaya.

4. Apa yang Kita Selesaikan? Apa Hasil Keluarannya?

Hasil akhir dari kontrol gaya, sama seperti kontrol posisi, adalah perintah torsi $\tau$ ke setiap sendi. Yang berbeda berdasarkan metode adalah target perhitungan torsi tersebut.

Kontrol gaya murni: secara langsung memberikan umpan balik perbedaan antara gaya target $F_d$ dan gaya terukur $F_{\text{ext}}$ , sehingga mendorong kesalahan gaya itu sendiri menuju nol.
Kontrol impedansi: menghasilkan torsi yang mewujudkan target "hubungan antara posisi dan gaya" (pegas, peredam, dan massa virtual). Gaya kontak ditentukan oleh kekakuan lingkungan, penetrasi, $K_d$ , penundaan, dan saturasi, sehingga tidak ada jaminan bahwa gaya yang berlebihan akan dicegah secara otomatis bahkan dalam lingkungan yang kaku.
Kontrol admitansi: menghitung koreksi posisi $\Delta\mathbf{x}$ (atau koreksi kecepatan) dari gaya yang diukur atau diperkirakan, dan meneruskannya ke loop kontrol posisi internal. Gaya adalah input dan koreksi adalah output — kausalitasnya terbalik relatif terhadap kontrol impedansi.
Kontrol posisi/gaya hibrida: membagi ruang tugas menjadi "arah di mana posisi harus dikontrol" dan "arah di mana gaya harus dikontrol," menerapkan hukum kontrol yang berbeda (kontrol posisi atau gaya) secara bersamaan ke setiap arah.

Setiap metode ini mengejar tujuan bersama yang sama — "menjaga gaya yang dihasilkan saat kontak dalam rentang yang tidak akan menyebabkan kerusakan atau kecelakaan, sambil mencapai lintasan dan tingkat gaya yang bermakna untuk tugas tersebut" — melalui susunan persamaan yang berbeda.

5. Arsitektur Dasar

Loop di sekitar kontrol gaya dapat diorganisasikan berdasarkan struktur di mana dan bagaimana "umpan balik gaya" menyatu ke dalam loop kontrol posisi. Pertama, mari kita lihat perbedaan kausalitas antara kontrol impedansi dan kontrol admitansi dalam sebuah diagram.

Gambar 1 — Kontrol impedansi mengambil posisi (kesalahan) sebagai input dan menghasilkan gaya, yang dikonversi menjadi perintah torsi. Kontrol admitansi, sebaliknya, mengambil gaya sebagai input dan menghasilkan koreksi posisi, yang diteruskan ke loop kontrol posisi yang ada.

Keduanya menggunakan hubungan "pegas, peredam, dan massa virtual" yang sama, hanya saja input dan outputnya dibalik.

Selanjutnya, mari kita lihat bagaimana kontrol posisi/gaya hibrida membagi ruang tugas menjadi dua subruang.

Gambar 2 — Kontrol posisi/gaya hibrida menggunakan matriks seleksi untuk membagi setiap arah ruang tugas menjadi "arah untuk mengontrol posisi" dan "arah untuk mengontrol gaya," menghitung torsi secara independen untuk masing-masing, dan menggabungkannya menjadi satu perintah torsi sendi.

6. Algoritma Representatif

Kontrol Kepatuhan — Landasan Teoretis Kontrol Gaya

Salah satu karya awal yang penting untuk secara sistematis memformalkan kontrol umpan balik gaya adalah makalah Matthew T. Mason tahun 1981 di IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, "Compliance and Force Control for Computer Controlled Manipulators." Makalah ini memberikan kerangka kerja untuk mengklasifikasikan posisi dan gaya menurut jenis kendala (kendala alami dan kendala buatan) yang muncul ketika posisi tangan robot dibatasi oleh geometri objek tugas, dan menjadi landasan teoretis untuk kontrol posisi/gaya hibrida yang dibahas di bawah ini. Ide ini — secara geometris menentukan "di sepanjang sumbu mana dari kerangka koordinat tugas posisi harus dikendalikan, dan di sepanjang sumbu mana gaya harus dikendalikan" — tetap menjadi titik awal buku teks untuk kontrol gaya hingga saat ini.

Kontrol Posisi/Gaya Hibrida — Membagi Ruang untuk Mengontrolnya Secara Bersamaan

Makalah M.H. Raibert dan J.J. Craig tahun 1981 di Jurnal Sistem Dinamis, Pengukuran, dan Kontrol ASME, "Kontrol Posisi/Gaya Hibrida pada Manipulator," mengusulkan kontrol posisi/gaya hibrida, yang secara eksplisit membagi setiap sumbu dari kerangka koordinat ruang tugas menjadi arah di mana posisi harus dikendalikan dan arah di mana gaya harus dikendalikan, dan mengendalikan keduanya secara bersamaan. Mengambil contoh tugas perakitan yang meluncur di sepanjang permukaan meja: arah yang tegak lurus terhadap meja (di mana Anda ingin mempertahankan gaya tekan tetap konstan) mendapatkan kontrol gaya, dan dua arah yang sejajar dengan meja (di mana Anda ingin menelusuri lintasan) mendapatkan kontrol posisi.

Secara matematis, ini menggunakan matriks seleksi $S$ yang entri diagonalnya adalah 0 atau 1, menerapkan hukum kontrol posisi sepanjang arah di mana $S$ adalah 1 dan hukum kontrol gaya sepanjang arah di mana $(I - S)$ adalah 1.

\tau = J^{\top}\left[ S\, F_{\text{pos}} + (I - S)\, F_{\text{force}} \right]

$F_{\text{pos}}$ adalah gaya virtual yang dihitung dari kesalahan posisi, dan $F_{\text{force}}$ adalah gaya virtual yang dihitung dari kesalahan gaya. Kekuatan metode ini terletak pada kejelasan intuitifnya, tetapi metode ini mengasumsikan arah yang dibatasi sejajar persis dengan sumbu kerangka koordinat tugas, yang menjadi kelemahan ketika bentuk atau posisi lingkungan tidak pasti, karena mendesain matriks seleksi itu sendiri menjadi sulit.

Kontrol Impedansi — Mendefinisikan Hubungan Antara Posisi dan Gaya Itu Sendiri

Makalah tiga bagian Neville Hogan tahun 1985 di Jurnal Sistem Dinamis, Pengukuran, dan Kontrol ASME, "Kontrol Impedansi: Pendekatan untuk Manipulasi" (Bagian I — Teori, Bagian II — Implementasi, Bagian III — Aplikasi), menyajikan ide yang berbeda dari kontrol hibrida. Alih-alih memilih posisi atau gaya sebagai target kontrol, makalah ini mendefinisikan hubungan antara kesalahan posisi dan gaya yang diberikan (atau diterima) tangan sebagai respons menggunakan parameter massa virtual target, redaman, dan kekakuan.

M_d\, \ddot{\mathbf{e}} + D_d\, \dot{\mathbf{e}} + K_d\, \mathbf{e} = F_{\text{ext}},\qquad \mathbf{e}=\mathbf{x}-\mathbf{x}_d

$M_d, D_d, K_d$ masing-masing adalah massa virtual target, koefisien redaman virtual, dan kekakuan virtual (konstanta pegas) — parameter yang dipilih perancang sesuai dengan tugas. Persamaan ini mencoba mewujudkan, sebagai perilaku tangan, sebuah sistem mekanik virtual yang terdiri dari massa, pegas, dan peredam: "semakin jauh tangan bergeser dari posisi target, semakin besar dorongan balik yang diberikannya seperti pegas (atau didorong balik) sebagai respons terhadap gaya eksternal $F_{\text{ext}}$ ." Nilai $K_d$ yang lebih besar atau lebih kecil membuat tangan merespons lebih kaku atau lebih lembut, dan $D_d$ menangani peredaman yang menekan osilasi.

Poin pentingnya adalah bahwa kontrol impedansi tidak secara langsung memerintahkan gaya target itu sendiri. Jika lingkungannya kaku, bahkan kesalahan posisi yang sedikit pun menghasilkan gaya reaksi yang besar untuk menyeimbangkannya, sehingga gaya yang berlebihan dapat dihindari. Sebaliknya, di ruang bebas, gaya eksternal adalah nol, sehingga persamaan ini pada dasarnya mereduksi perilaku yang sama dengan kontrol posisi biasa (pelacakan lintasan melalui pegas dan peredam). Ketangguhan ini — hukum kontrol yang sama secara alami mengubah perilakunya di ruang bebas dan di ruang terbatas, tanpa secara eksplisit beralih berdasarkan apakah kontak telah terjadi atau seberapa kaku lingkungannya — adalah alasan mengapa kontrol impedansi begitu banyak digunakan sebagai ide utama kontrol gaya.

Kontrol Admitansi — Desain Arah Terbalik yang Menghitung Koreksi Posisi dari Gaya

Jika kontrol impedansi adalah desain yang "mengambil posisi (kesalahan) sebagai input dan menghasilkan gaya," kontrol admitansi adalah desain dengan kausalitas yang berlawanan: "mengambil gaya sebagai input dan menghasilkan posisi (koreksi)." Gaya eksternal terukur $F_{\text{ext}}$ dimasukkan ke dalam sistem mekanik massa/peredaman/kekakuan yang sama, dan koreksi posisi yang dihasilkan $\Delta \mathbf{x}$ ditambahkan ke nilai target dari loop kontrol posisi (gain tinggi) yang ada.

M_d\, \ddot{\Delta\mathbf{x}} + D_d\, \dot{\Delta\mathbf{x}} + K_d\, \Delta\mathbf{x} = F_{\text{ext}},\qquad \mathbf{x}_{\text{cmd}}=\mathbf{x}_d+\Delta\mathbf{x}

$\mathbf{x}$ yang diperoleh dengan mengintegrasikan persamaan ini (secara numerik atau analitis) menjadi posisi target yang dikoreksi yang diberikan ke loop kontrol posisi internal. Bentuk matematisnya hampir identik dengan persamaan kontrol impedansi, tetapi perbedaan mendasarnya adalah apa yang berfungsi sebagai input dan apa yang berfungsi sebagai output. Perbedaan kausalitas ini terkait dengan apakah aktuator dapat secara langsung memerintahkan torsi dalam praktiknya — robot dengan aktuator berkinerja tinggi yang dapat memerintahkan torsi sendi secara langsung dapat menerapkan kontrol impedansi dengan mudah, sedangkan robot industri dengan roda gigi reduksi kaku yang hanya dapat memerintahkan posisi (atau kecepatan) menemukan kontrol admitansi, yang mengubah informasi gaya menjadi perintah posisi, lebih mudah untuk ditambahkan ke loop kontrol posisi yang ada.

7. Bagaimana Algoritma Berbeda

Metode	Prinsip	Akurasi (Pelacakan Gaya)	Biaya Komputasi	Ketahanan terhadap Perubahan Kekakuan Lingkungan	Kesulitan Implementasi
Kontrol gaya murni	Memberikan umpan balik langsung terhadap kesalahan gaya	Tinggi (setia pada gaya target)	Rendah	Rendah (rentan terhadap ketidakstabilan di lingkungan yang kaku)	Sedang
Kontrol posisi/gaya hibrida	Menggunakan matriks seleksi untuk memisahkan kontrol posisi dan gaya berdasarkan arah	Tinggi di sepanjang arah yang dibatasi, pelacakan posisi tinggi di sepanjang arah bebas	Sedang (membutuhkan perancangan matriks seleksi)	Sedang (lemah jika asumsi arah batasan salah)	Sedang hingga tinggi (membutuhkan perancangan kerangka koordinat tugas)
Kontrol impedansi	Menghubungkan kesalahan posisi dan gaya melalui pegas/peredam/massa virtual	Hanya kontrol gaya tidak langsung (pelacakan gaya target yang buruk)	Sedang	Tinggi (tidak perlu beralih secara eksplisit antara kontak/non-kontak)	Tinggi (mengasumsikan aktuator yang dapat dikendalikan torsi)
Kontrol admitansi	Menerima gaya sebagai input, menghasilkan koreksi posisi, meneruskannya ke loop kontrol posisi internal	Tingkat ketidaklangsungan yang sama dengan kontrol impedansi	Sedang	Tinggi	Sedang (mudah dipasang kembali pada robot yang sudah dikendalikan posisinya)

Secara umum, jika kesetiaan terhadap gaya target itu sendiri menjadi prioritas, kontrol gaya murni atau kontrol hibrida memiliki keunggulan; jika stabilitas dan keamanan menjadi prioritas di bawah kekakuan atau bentuk lingkungan yang tidak pasti, kontrol impedansi atau kontrol admitansi memiliki keunggulan. Karena sebagian besar robot industri aktual memiliki sambungan yang tidak dapat secara langsung memerintahkan torsi (sebagian besar merupakan mekanisme perintah posisi/kecepatan), kontrol admitansi, atau implementasi hibrida yang menggabungkan keduanya, cenderung lebih sering diadopsi daripada kontrol impedansi itu sendiri.

8. Di Mana Ia Mengalami Kesulitan / Lingkungan yang Sulit

Kesulitan yang dihadapi kontrol gaya dan kontrol impedansi dalam operasi dunia nyata secara umum dapat dikelompokkan sebagai berikut.

Stabilitas di lingkungan yang sangat kaku: jika kekakuan target $K_d$ dalam persamaan kontrol impedansi diatur terlalu tinggi, bahkan kesalahan posisi kecil pun menghasilkan gaya yang besar, yang dapat berinteraksi dengan penundaan pengambilan sampel sensor dan elastisitas sambungan (fleksibilitas roda gigi, dll.) untuk memicu ketidakstabilan osilasi (ketidakstabilan kontak, seperti yang dikenal). Sebaliknya, jika $K_d$ diatur terlalu rendah, pelacakan lintasan target akan hilang. Memilih $K_d$ dengan baik sulit dioptimalkan tanpa pengetahuan sebelumnya tentang kekakuan aktual lingkungan.

Gesekan dan nonlinieritas aktuator: roda gigi reduksi sambungan dan penggerak sabuk memiliki gesekan dan celah (kelonggaran), yang bertindak sebagai gangguan yang tidak muncul dalam persamaan kontrol torsi ideal. Terutama pada robot yang menggunakan roda gigi reduksi murah, gesekan ini dapat mencegah perilaku "pegas/peredam virtual" yang diasumsikan oleh kontrol impedansi untuk direproduksi secara akurat.

Kebisingan dan bandwidth sensor gaya: kecepatan respons loop kontrol gaya secara langsung dibatasi oleh laju pengambilan sampel dan karakteristik kebisingan sensor gaya. Memasukkan output sensor yang bising langsung ke loop umpan balik menyebabkan hukum kontrol memperkuat getaran frekuensi tinggi yang tidak diinginkan, sehingga selalu ada pertimbangan antara penyaringan dan bandwidth kontrol.

Kurangnya pengetahuan awal tentang bentuk dan kekakuan lingkungan: kontrol posisi/gaya hibrida perlu mengetahui terlebih dahulu sumbu mana yang sesuai dengan arah yang dibatasi. Jika ada kesalahan dalam posisi atau bentuk objek tugas sebenarnya, gaya yang tidak terduga muncul dalam arah yang berbeda dari yang diasumsikan, dan desain matriks seleksi itu sendiri akan gagal.

Kontak multi-titik dan permukaan: sebagian besar pembahasan sejauh ini mengasumsikan satu titik pada tangan yang bersentuhan dengan lingkungan. Dalam kontak multi-titik atau permukaan, seperti tangan robot yang melingkari dan menggenggam suatu objek, gaya pada setiap titik kontak perlu ditangani secara individual, yang membuat sulit untuk sekadar memperluas kerangka kerja kontrol impedansi satu titik.

9. Pilihan Praktis

Memilih pendekatan antara kontrol gaya dan kontrol impedansi bergantung pada jenis aktuator yang dimiliki robot, sifat tugas, dan persyaratan keselamatan.

Perakitan/pemolesan lengan robot industri (pengencangan sekrup, penghilangan gerinda, pekerjaan pemasangan): banyak dari tugas-tugas ini memiliki arah yang telah ditentukan sebelumnya, sehingga kontrol posisi/gaya hibrida, atau kontrol admitansi yang mudah dipasang kembali pada robot yang dikontrol posisi yang sudah ada, banyak digunakan. Pekerjaan pemolesan — menelusuri permukaan sambil menjaga gaya tekan tetap konstan — adalah contoh klasik di mana arah kontrol gaya dan kontrol posisi dipisahkan dengan jelas.
Fungsi keselamatan robot kolaboratif (cobot): fungsi keselamatan untuk mendeteksi kontak manusia dan segera mengurangi atau menghentikan gaya sering dikombinasikan dengan desain seperti kontrol impedansi (kekakuan virtual lunak) menggunakan sinyal dari sensor torsi sendi atau sensor gaya/torsi pergelangan tangan. Batas atas gaya kontak yang ditetapkan oleh standar keselamatan robot kolaboratif seperti ISO/TS 15066 terkait langsung dengan target desain kontrol gaya semacam ini.
Berjalan dan kontak kaki-tanah pada robot humanoid dan berkaki: umum untuk menerapkan kontrol impedansi pada setiap sendi kaki (atau kontrol Seluruh Tubuh yang menangani impedansi seluruh tubuh secara terintegrasi) untuk menyerap benturan pada saat kaki menyentuh tanah dan menjaga keseimbangan di medan yang tidak rata. Kekakuan tanah seringkali tidak diketahui, dan di sinilah ketahanan kontrol impedansi terhadap perubahan kekakuan lingkungan sangat bermanfaat.
Robot prostetik dan rehabilitasi (perangkat yang bersentuhan langsung dengan manusia): robot ini perlu mengikuti perubahan gaya yang tidak disengaja dari pemakainya secara perlahan, dan kontrol admitansi, yang dapat memperlakukan gaya sebagai input, lebih disukai karena mudah diintegrasikan ke dalam konfigurasi aktuator yang digerakkan oleh kontrol posisi yang sudah ada.
Tugas inspeksi dan pengukuran yang membutuhkan nilai gaya yang tepat: ketika pelacakan gaya target yang akurat menjadi prioritas utama, kontrol gaya murni atau kontrol hibrida lebih cocok daripada kontrol impedansi atau kontrol admitansi, yang hanya mengontrol gaya secara tidak langsung.

Dalam setiap aplikasi, kontrol gaya tidak pernah menjadi teknologi terisolasi yang terbatas pada robot saja — mewujudkan "kontak lunak" yang bermakna pada perangkat keras nyata membutuhkan penggabungan sensor gaya/sentuhan yang mendeteksi gaya dan torsi, kinematika (kinematika invers dan Jacobian) yang menghubungkan ruang sendi dan ruang tugas, dan karakteristik aktuator yang sebenarnya menghasilkan torsi sendi (lihat Panduan Sistem Hidrolik untuk kontrol gaya dengan penggerak hidrolik).

10. Ringkasan (Rekap Tiga Baris)

Robot dengan kontrol posisi saja akan rusak seketika saat bersentuhan dengan lingkungan yang kaku, mencoba menghasilkan gaya yang berlebihan — itulah sebabnya kontrol yang secara eksplisit menangani gaya diperlukan.
Kontrol impedansi menghubungkan kesalahan posisi dan gaya melalui pegas, peredam, dan massa virtual; Kontrol admitansi membalikkan kausalitas tersebut, menghitung koreksi posisi dari gaya.
Kontrol posisi/gaya hibrida memiliki kejelasan dalam membagi ruang menjadi arah kontrol posisi dan kontrol gaya, tetapi bergantung pada pengetahuan sebelumnya tentang posisi dan bentuk lingkungan.

Referensi utama untuk tujuan kontrol

Periksa pemahaman Anda

Apakah kontrol impedansi hanya mempertahankan gaya kontak konstan?

Ini terutama membentuk hubungan antara gaya dan gerak. Bedakan dengan pelacakan gaya dan periksa kondisi kontak dan stabilitas.

What to read next

Review the backgroundPengantar Kinematika Lengan Robot — Kinematika Maju, Kinematika Terbalik, dan Jacobian Continue the seriesPengantar Sistem Hidrolik — Dari Prinsip Pascal hingga Kontrol Gaya pada Robot Explore another aspect of this fieldMengapa ICP gagal: inisialisasi, outlier, dan geometri simetris

#Force Control #Impedance Control #Admittance Control #Hybrid Position/Force Control #Compliance Control #Dasar robotika