具有串联弹性驱动的易延迟机器人系统的分布式阻抗控制

机器人系统日益依赖分布式反馈控制器来处理复杂且易延迟的感知与决策问题。这些需求以日益增长的计算负担为代价，并因此导致更大的控制器延迟。为最大化对机械扰动的鲁棒性并实现高控制性能，我们强调必须在靠近控制对象处执行阻尼反馈，同时在易延迟的集中式控制过程中分配刚度反馈的必要性。此外，串联弹性驱动器（SEA）近年来在力矩控制机器人中日益普及，以实现对环境和人类的柔顺交互。然而，针对具有时间延迟与滤波的 SEA 设计最优阻抗控制器并刻画其阻抗性能仍是未被充分探索的问题。本研究通过为一类由外环阻抗与内环力矩反馈回路组成的 SEA 级联控制架构设计临界阻尼增益设计方法，解决了最优控制器设计问题。借助所提出的控制器设计准则，我们采用频域方法深入分析了时间延迟、滤波与负载惯量对 SEA 阻抗性能的影响。这些结果进一步通过对高性能驱动器及全向移动底盘的分析、仿真与实验测试得到验证。