kuka iiwa 机器人是怎么控制的

首先来看一下iiwa的几个演示视频：

Teaching by Demonstration：http://v.youku.com/v_show/id_XODE3MzQ0MTk2.html

1.末端I/O实现示教点示教功能

Teaching by Demonstration II：http://v.youku.com/v_show/id_XODE3MzQ0MTA4.html

2.实现完整轨迹示教功能

3.与环境轻微接触时，实现空间阻抗控制功能。

4.与环境发生碰撞时，实现安全停机功能。

iiwa:  http://baidu.ku6.com/watch/08542987531781844761.html?page=videoMultiNeed

iiwa 运动安全： http://v.youku.com/v_show/id_XNzQ0MjI0NzI0.html

compliance control:  给笛卡尔空间不同方向设置不同的刚度： http://baidu.ku6.com/watch/07902427536874561634.html?page=videoMultiNeed

iiwa力控制： http://v.youku.com/v_show/id_XODE3MzIzNjgw.html

iiwa:水杯碰撞检测： http://v.youku.com/v_show/id_XODMxOTY4MDUy.html

mobile iiwa : http://baidu.ku6.com/watch/08819599139276761139.html?page=videoMultiNeed

iiwa装配  : http://v.youku.com/v_show/id_XODE3MzQ0MzI0.html

冗余自由度： http://baidu.ku6.com/watch/06081332439855182679.html?page=videoMultiNeed

柔顺控制和曲面跟踪：http://v.youku.com/v_show/id_XOTQ2MTg3Mzcy.html?from=y1.2-1-105.3.3-1.1-1-1-2-0

LWR的电流控制

和大多直流伺服电机系统一样， LWR运用了层级控制结构，电流环控制作为最内层的控制。为达到在力矩和位置环的高性能表现，电流环控制是非常重要的。

因为外环的带宽直接依赖于电流环的带宽。所以它必须在整个系统中拥有最大的带宽，并且必须有0误差稳态或者接近0误差。

外环控制在浮点DSP上实现，而电流环在固点运动控制DSP上。

高性能的直流伺服电机的电流环循环周期必须低于40us,  LWR设计了永磁同步电机，它有很低的惯性和很低的电感泄露，保证电流环快速响应。

这意味着PWM逆变器换向频率必须在20KHZ到40KHZ的范围。 LWR采用的是20KHZ，PWM信号发生器采用双倍更新模式， 所以最高频率可以达到25us。

调节好的PI电流控制器可以得到良好的表现，尽管它的比例增益在一个传统的PI控制器范围内，它的带宽比传统的控制器要高很多。 它的阶跃响应可以在250us内达到期望值。

电流控制器是一个空间向量PWM调职器。它包括6步调制模式产生换向脉冲，最高的输出电压可以达到关节速度。

系统建模和辨识

开发了快速可靠的辨识关节模型参数（关节刚度，阻尼，摩擦）的方法。

固定的机器人本体参数通过CAD模型可以直接获取。

所以可以进行精确的机器人动力学方法。

控制架构可以直接在仿真环境中建立和测试。

关节传感器：

电机位置

关节位置

关节扭矩

分级控制：

看图解析：admittance control,根据力控制器输出的笛卡尔空间位置信息，通过逆运动学出各关节需要的运动位置。驱动关节位置控制器运动到期望位置。

stiffness control，根据末端期望的路径，根据机器人的动力学计算，以及变增益和阻尼，规划计算到各个关节速度和位置运动。

关节的所有控制都是采用了

电流（力矩）控制（周期：25us）：电机被认为是理想的力矩来源。电机力矩是以下控制器的接口（指令值）。

关节层面控制：

本地层关节控制（340us）：在每个关节的DSP上实现。数据以1ms的周期，通过中央电脑（Vxworks）采用SERCOS 总线形式交换。

可以实现以下控制器：

1.位置控制

2.力矩控制

3.状态反馈控制器: 电机位置，电机力矩和他们的导数作为状态输入。 它有不同的反馈和前馈增益矩阵。 矩阵值可以通过中央电脑在SERCOS总线上发送指令值过去。

通过选择不同的参数，就可以实现位置，力矩和阻抗柔顺控制。

增益也会随着机械臂的质量矩阵的变化而改变！

事实上，以上两种控制器只是选择了固定的参数来呈现。

中央层关节控制（1ms）：关节控制也可以在中央电脑上实现，这时， DSP板就采用力矩模式接口。 需要用到机器人模型的复杂的控制方法在这里实现更容易。

笛卡尔空间控制（1ms）：在中央电脑上计算。可以实现以下控制：

1.阻抗控制

2.导纳控制

3.刚度控制

4.位置控制

5.力/力矩控制

正运动学在这这循环中计算的1ms .

而机器人动力学和逆运动学计算，以及变增益的计算都是5ms.

第一阶段的控制是关节状态反馈+重力摩擦力补偿控制。

对于阻抗控制，控制器的增益计算是根据关节期望的刚度和阻尼，以及根据惯性矩阵真实值，每5ms计算一次的。

可以实现：

1.提供了灵活关节结构的主动振荡阻尼。

2.最大化了关节控制带宽，对于一个给定的惯性矩阵瞬时值

3.它可以实现变化的刚度阻尼。

根据关节控制结构，实现了三种笛卡尔空间控制策略：

1.导纳控制：通过运动学逆解控制关节位置。

2.阻抗控制：控制关节的力矩。

3.笛卡尔刚度控制: 通过关节阻抗控制实现。

 结合阻抗控制和笛卡尔刚度控制的优势，即空间位置的准确度和高带宽，一种新的控制方法得以实现，它是经过关节刚度控制增强的阻抗控制。

这种控制结构考虑了关节控制环通常比笛卡尔空间控制环的幅度要快一阶 。它采用了高带宽的关节阻抗控制来敢删笛卡尔空间的阻抗控制。

通过改变了一些参数，机器人表现出在不容笛卡尔空间方向上的刚度阻尼和惯性质量特性。

最新的LWR研发集中在根据考虑到关节柔性的被动方法的阻抗控制。

关节力矩反馈控制的物理上解释是体现电机动能。

实现关节期望刚度可以被理解体现势能。

所以笛卡尔阻抗控制被用来设计和分析是在一个类似之前提到的状态反馈控制的被动框架。

这种控制方法的优势是他对未知机器人参数，未知负载参数和未知接触环境的鲁棒性！

添加一个弹性度elasticity 到关节来增加与环境接触的性能和安全。