Admittance Control

Aussi appelé: position-based impedance control
Catégorie: Control › Force & interaction control
Mots-clés: force-control, compliance, interaction-control, human-robot-interaction, manipulation

Schéma de commande en force qui mesure la force appliquée à un robot et la convertit en commande de mouvement, de sorte qu'un robot commandé en position se comporte comme un système masse-ressort-amortisseur choisi.

Définition

La commande en admittance (admittance control) fait répondre un robot aux forces extérieures selon un comportement dynamique prescrit, généralement celui d'un système masse-ressort-amortisseur virtuel. Le contrôleur mesure la force d'interaction, typiquement avec un capteur de force/couple au poignet ou sur une poignée, la fait passer dans un modèle tel que M ẍ + D ẋ + K x = F_ext, et intègre le résultat pour obtenir un décalage de position ou de vitesse. Ce décalage est ajouté à la trajectoire de référence et envoyé à un contrôleur interne de position ou de vitesse. En termes mécaniques, une admittance associe un mouvement à une force, et c'est exactement ce que fait le contrôleur : il lit une force et produit un mouvement.

La commande en admittance est le pendant de la commande en impédance. La commande en impédance mesure le mouvement, sous forme d'erreurs de position et de vitesse, et commande une force ou un couple ; elle exige donc un robot doté d'une bonne commande en couple et de faibles frottements, comme un bras commandé en couple ou rétro-entraînable. La commande en admittance mesure la force et commande le mouvement ; elle convient donc aux robots dotés d'une commande en position raide à gain élevé, y compris la plupart des bras industriels à réducteurs de fort rapport, dont le frottement articulaire masquerait les petites forces. Les deux visent le même comportement cible, mais leurs points forts pratiques sont opposés. La commande en impédance fonctionne bien pour restituer une faible raideur et en mouvement libre, et mal lorsqu'on lui demande d'être très raide. La commande en admittance restitue bien un comportement raide, mais peut osciller ou brouter lorsque la masse et l'amortissement virtuels sont faibles et que le robot touche un environnement raide.

Le réglage s'articule autour de ce compromis. Une masse et un amortissement virtuels faibles donnent au robot une sensation de légèreté quand une personne le guide, mais augmentent le risque d'oscillation contre des contacts rigides et amplifient le bruit du capteur. Des valeurs plus élevées sont stables mais donnent une sensation de lourdeur. Les mises en œuvre filtrent le signal de force, compensent le poids de l'outil monté au-delà du capteur, ajoutent une zone morte pour rejeter la dérive du capteur et font souvent varier les paramètres en ligne selon que le robot est en espace libre, guidé ou en contact.

Pourquoi c'est important

La plupart des bras industriels et de nombreux bras collaboratifs sont commandés en position et n'offrent pas de commande précise du couple articulaire. La commande en admittance est le moyen habituel de donner à ces robots un comportement compliant pour le guidage manuel, l'assemblage et les tâches de contact grâce à un capteur de force ajouté, et comprendre ses limites de stabilité évite les oscillations lorsque le robot rencontre une surface rigide.

Applications principales

Guidage manuel et apprentissage par démonstration directe (lead-through) des bras industriels et collaboratifs
Insertion de cheville (peg-in-hole) et autres assemblages avec retour d'effort
Robots de rééducation et exosquelettes qui répondent à l'effort de l'utilisateur
Collaboration physique humain-robot, comme le transport d'une charge à deux
Polissage, ponçage et autres finitions de surface avec contact régulé
Commande d'interaction pour drones et robots mobiles, où des forces extérieures déplacent une position commandée

En pratique

Un intégrateur ajoute le guidage manuel à un bras industriel commandé en position afin que les opérateurs puissent apprendre des points de passage en poussant l'outil. Un capteur de force/couple à six axes est placé entre la bride et une poignée. À chaque cycle de commande, le logiciel soustrait le biais du capteur et la charge de gravité de la poignée, applique une petite zone morte et fait passer la force restante dans un modèle masse-amortisseur virtuel sans ressort, de sorte que le bras se déplace dans la direction où on le pousse et s'arrête quand on le lâche. La vitesse obtenue est intégrée en un décalage de position et transmise en continu à l'interface de position du robot. Les essais montrent que le bras broute lorsque l'opérateur appuie l'outil contre un montage en acier ; l'équipe augmente donc l'amortissement virtuel lorsque les forces de contact dépassent un seuil et le réduit de nouveau en mouvement libre.

Idées reçues

La commande en admittance et la commande en impédance sont la même chose — elles visent le même comportement mais dans des sens opposés : l'admittance lit la force et commande le mouvement, l'impédance lit le mouvement et commande la force
Une masse et un amortissement virtuels plus faibles donnent toujours une meilleure compliance — ils rendent le robot plus léger au toucher mais réduisent la stabilité en contact raide et amplifient le bruit du capteur de force
La commande en admittance nécessite des articulations commandées en couple — elle est conçue pour des robots commandés en position ou en vitesse et s'appuie à la place sur une mesure externe de la force

Qui devrait le savoir

Ingénieurs en commande en force et en manipulation
Intégrateurs qui ajoutent le guidage manuel à des bras industriels
Développeurs de robots de rééducation et d'exosquelettes
Chercheurs en interaction physique humain-robot

Technologies associées

Capteur de force/couple à six axes (Six-Axis Force-Torque Sensor)
Modèle masse-ressort-amortisseur virtuel (Virtual Mass-Spring-Damper Model)
Compensation de la gravité de l'outil (Tool Gravity Compensation)
Interfaces de commande en position et en vitesse (Position and Velocity Control Interfaces)
Commande en admittance variable (Variable Admittance Control)

Termes associés

Projets associés

LeRobot: HuggingFace ML library for real-world robotics in PyTorch
Isaac Lab: NVIDIA robot learning framework: one task API across Newton, PhysX and Isaac Sim
NVIDIA Isaac GR00T: NVIDIA open foundation model for humanoid robot reasoning and skills
OpenVLA: 7B-parameter Vision-Language-Action model for robotic manipulation
Drake: MIT robotics toolbox for model-based dynamics, optimization, and control system design
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