底層控制是執(zhí)行系統(tǒng)的“神經(jīng)末梢”，負(fù)責(zé)以千赫茲J的高頻率將規(guī)劃層生成的 期望軌跡轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流指令。其核心挑戰(zhàn)在于如何實(shí)時(shí)補(bǔ)償摩擦、重力等非 線性擾動(dòng)，并在機(jī)器人與環(huán)境發(fā)生物理接觸時(shí)，從剛性的位置跟蹤平滑切換為柔順的 力交互模式，確保操作的安全與穩(wěn)定。如圖 2.14 所示的底層控制原理，展示了從高 頻伺服閉環(huán)到復(fù)雜交互策略的實(shí)現(xiàn)路徑：先，關(guān)節(jié)伺服環(huán)通過高增益 PID 算法確 保對(duì)參考軌跡的準(zhǔn)確跟隨；其次，當(dāng)檢測(cè)到外部接觸力時(shí)，控制器動(dòng)態(tài)調(diào)整控制結(jié)構(gòu)， 引入阻抗或力控回路以實(shí)現(xiàn)柔順順應(yīng)。

該環(huán)節(jié)包含以下三種關(guān)鍵控制策略：

高頻伺服與 PID 控制 作為控制的基石，PID 算法通過計(jì)算期望軌跡與實(shí)際反饋之 間的位置、速度及累積誤差，生成基礎(chǔ)的校正力矩。為了應(yīng)對(duì)復(fù)雜動(dòng)力學(xué)，現(xiàn)代控制 器通常結(jié)合動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算前饋補(bǔ)償項(xiàng)，預(yù)先抵消重力與科氏力影響，顯著提升高動(dòng) 態(tài)下的跟蹤精度。

阻抗柔順控制 旨在解決剛性接觸帶來的碰撞風(fēng)險(xiǎn)。控制器不再強(qiáng)制消除位置誤差， 而是建立目標(biāo)位置偏差與接觸力之間的二階動(dòng)態(tài)關(guān)系，將末端模擬為一個(gè)虛擬的彈 簧-阻尼系統(tǒng)。當(dāng)受到外力沖擊時(shí)，機(jī)械臂會(huì)表現(xiàn)出物理上的順應(yīng)性，主動(dòng)退讓以緩 沖能量。

力/位混合控制 針對(duì)需要在特定方向上施加恒定壓力而在切向進(jìn)行移動(dòng)的操作任務(wù) （如擦拭桌面、精密裝配）。算法將笛卡爾空間正交分解為受限的力控子空間和自由的 位控子空間，分別應(yīng)用力反饋回路和位置伺服回路，實(shí)現(xiàn)“剛?cè)岵��?jì)”的復(fù)合操作。