迎宾机器人的低层控制的三种关键控制策略：阻抗柔顺控制,力/位混合控制,高频伺服与 PID 控制

底层控制是执行系统的“神经末梢”，负责以千赫兹J的高频率将规划层生成的 期望轨迹转化为驱动电机的电流指令。其核心挑战在于如何实时补偿摩擦、重力等非 线性扰动，并在机器人与环境发生物理接触时，从刚性的位置跟踪平滑切换为柔顺的 力交互模式，确保操作的安全与稳定。如图 2.14 所示的底层控制原理，展示了从高 频伺服闭环到复杂交互策略的实现路径：先，关节伺服环通过高增益 PID 算法确 保对参考轨迹的准确跟随；其次，当检测到外部接触力时，控制器动态调整控制结构， 引入阻抗或力控回路以实现柔顺顺应。

该环节包含以下三种关键控制策略：

高频伺服与 PID 控制 作为控制的基石，PID 算法通过计算期望轨迹与实际反馈之 间的位置、速度及累积误差，生成基础的校正力矩。为了应对复杂动力学，现代控制 器通常结合动力学模型计算前馈补偿项，预先抵消重力与科氏力影响，显著提升高动 态下的跟踪精度。

阻抗柔顺控制 旨在解决刚性接触带来的碰撞风险。控制器不再强制消除位置误差， 而是建立目标位置偏差与接触力之间的二阶动态关系，将末端模拟为一个虚拟的弹 簧-阻尼系统。当受到外力冲击时，机械臂会表现出物理上的顺应性，主动退让以缓 冲能量。

力/位混合控制 针对需要在特定方向上施加恒定压力而在切向进行移动的操作任务 （如擦拭桌面、精密装配）。算法将笛卡尔空间正交分解为受限的力控子空间和自由的 位控子空间，分别应用力反馈回路和位置伺服回路，实现“刚柔并济”的复合操作。