力控主导、视觉与激光确定参考坐标的多传感器协同控制体系(上)

力控主导、视觉与激光确定参考坐标的多传感器协同控制体系，是一种聚焦“接触作业精准控制”的感知-控制一体化架构，其核心逻辑是以力/力矩传感器作为主导单元，全面负责接触力的实时感知、动态调节及作业轨迹的闭环修正，确保执行机构与目标/环境的接触交互精准可控；同时将视觉系统与激光传感器作为辅助定位单元，共同完成全局/局部参考坐标的确定，为力控主导的作业提供精准的空间基准，解决力控系统“感知范围有限、无法自主定位”的固有短板，最终实现复杂接触作业场景下的高精度、高安全性、高稳定性控制，该体系广泛适配工业精密装配、机器人磨削抛光、医疗微创手术、航空航天零部件对接等以接触交互为核心的应用场景，其核心价值在于充分发挥力控系统“接触力精准调节、适应目标微小形变”的优势，通过视觉与激光的协同定位构建可靠空间基准，形成“力控把控交互精度、视觉激光锚定空间坐标”的协同闭环。从核心模块的功能定位与技术原理来看，力控主导模块是整个体系的“核心控制中枢”，由高精度力/力矩传感器（通常集成于执行末端，如机器人法兰盘、手术器械末端）、力控算法引擎及执行机构驱动单元构成，其核心任务是通过实时力信号感知与动态调节，保障接触作业的力控精度与安全性：力/力矩传感器采用应变片式或压电式传感原理，可实时采集三维力（Fx、Fy、Fz）与三维力矩（Mx、My、Mz）信号，采样频率可达kHz级，确保对接触力变化的快速响应；力控算法引擎搭载阻抗控制、力/位混合控制、模糊PID控制等先进算法，根据预设的力控目标（如恒定压力、恒定力矩）与实时采集的力信号，动态修正执行机构的运动轨迹与速度，例如在零件磨削场景中，通过阻抗控制使执行机构跟随工件表面轮廓变化，始终保持恒定磨削力，避免因工件表面起伏导致的磨削过度或不足；驱动单元根据力控算法输出的控制指令，驱动伺服电机、液压/气动执行器等完成精准运动调节，实现力控目标的稳定跟踪。但力控系统存在明显局限：其仅能感知执行末端与环境的接触力，无法自主获取自身及目标的空间位置信息，若缺乏外部定位基准，易出现“盲操作”导致作业偏差，因此需要视觉与激光模块协同确定参考坐标。视觉与激光辅助定位模块作为“空间基准锚定单元”，分别承担不同维度的定位职责，协同构建精准的参考坐标体系：视觉系统由高分辨率CMOS图像传感器组成的单目/多目相机构成，核心负责全局参考坐标的初步建立与目标语义定位，通过采集全局环境图像，利用视觉SLAM算法构建环境全局地图，确定执行机构的全局初始坐标；同时搭载目标检测与语义分割算法，识别作业目标的关键特征区域（如装配孔位、焊接坡口、病灶边缘），输出目标特征的二维图像坐标，为后续激光精准定位提供粗定位引导；在动态作业场景中，视觉系统还可实时跟踪目标的运动状态，为参考坐标的动态更新提供依据。