常见机械臂控制方法

1. 概述

• 基础层（核心模块）：精确的PTP和CP控制，这是所有作业的基础。需要建立准确的动力学模型（如拉格朗日模型），实现重力补偿和前馈控制，以提升轨迹精度，尤其是在末端负载较重的情况下。
• 示教层（直接需求）：在基础层之上，启用基于重力补偿和摩擦力补偿的“零力模式”，能让操作者轻松地手动拖动SCARA进行示教，记录位置点。
• 高级应用层（解决柔顺装配）：在需要进行装配作业时，切换为阻抗控制模式。设定一个合适的柔顺方向（如Z轴），让机器人在该方向上表现“柔软”，从而吸收对心误差，实现鲁棒的轴孔装配。

2. PTP - 点对点控制：最基础、最常用

• 核心思想：只关心机器人末端工具（TCP：工具中心点）的起点和终点位置（及姿态），不规定两点之间的具体运动路径。
• 工作原理：控制器规划一条从起点到终点的时间最优的关节空间轨迹。各关节电机独立运动，以不同的速度、在不同的时间到达设定位置，最终使TCP到达目标点。
• 典型应用：物料搬运、上下料、码垛、点胶/点焊。这些任务只要求“到达”指定点，不关心“怎么过去”。
• 在SCARA上的特点：由于其平面关节结构，PTP运动下SCARA末端通常会走出优美的圆弧或曲线，而非直线。

3. CP - 连续路径控制：要求更高

• 核心思想：不仅控制起点和终点，还严格控制TCP在整个运动过程中的连续路径、运动速度乃至加速度。
• 工作原理：控制器进行高精度的插补运算（直线、圆弧、样条曲线等），在轨迹上生成密集的“中间点”，并通过前瞻和速度规划，确保以恒定或编程速度平滑地经过这些点，形成连续轨迹。
• 典型应用：弧焊、激光切割/焊接、涂胶/喷涂、复杂曲面打磨，任务要求工具沿工件轮廓精确运动。
• 在SCARA上的特点：实现高精度的直线或圆弧CP运动，需要依赖精确的运动学模型和动力学前馈补偿，以克服SCARA关节耦合和非线性的影响。

4. 力/力矩控制：实现“柔顺”的关键

• 核心思想：控制机器人与环境接触时的力或力矩，而不仅仅是位置。
• 主要类型：
  • 直接力控制：设定期望的接触力，通过力传感器反馈构成闭环，直接控制关节输出力矩以达到目标力。
  • 阻抗/导纳控制：更主流的方法，不直接控制力，而是通过控制机器人的动态关系，使其表现得像一个“质量-弹簧-阻尼”系统，当与环境接触时，根据位置误差产生期望的力，反之亦然。
• SCARA的特点：如果末端较重，在示教或进行精密装配时，重力补偿是力控制的一种简单形式，而要实现真正的柔顺装配（如轴孔配合），则需要结合位置控制的阻抗控制。

5. 示教编程与控制：主流的编程和在线控制方式

• 核心思想：由人工直接手动引导机器人（或通过示教器点动）完成期望的路径和动作，控制器实时记录下各关节的位置序列，形成可重复执行的程序。
• 关键点：示教过程本身，就是操作者在开环或带重力补偿的辅助下，对机器人进行的一种“实时PTP或CP路径生成”。
• 强烈依赖于机器人的“零力示教”或“重力补偿”功能的好坏，如果重力模型不准或摩擦力大，示教会非常费力。

6. 自适应与智能控制：应对复杂、不确定环境的高级方法

• 自适应控制：在线实时辨识机器人系统的参数（如因抓取不同工件而变化的负载），并自动调整控制器参数，以保持一致的性能。
• 视觉伺服控制：结合视觉反馈，直接根据图像特征误差生成控制指令，实现“眼在手”或“眼在外”的闭环控制，常用于定位、跟踪、抓取。