Plug, Play, and Comply: A Modular Framework for Online Variable Impedance with Arbitrarily Oriented Compliance Axes
作者: Mihael Simonič, Xiaocong Li
分类: cs.RO
发布日期: 2026-07-24
备注: 8 pages, 7 figures, 2 tables. Paper page: https://smihael.github.io/plug-play-comply/
💡 一句话要点
提出模块化框架以解决机器人合规控制的重用性问题
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)
关键词: 合规控制 模块化框架 插件架构 机器人技术 ROS控制生态
📋 核心要点
- 现有控制软件缺乏可重用的基础设施，难以在不同操控器间实现合规控制算法。
- 提出了一种插件架构的合规控制框架，支持标准化的命令接口和运行时加载的控制法则。
- 实验表明，该框架在接触丰富的操作中实现了任务依赖的合规性，并在不同操控器间具有良好的可移植性。
📝 摘要（中文）
本文提出了一种机器人无关的合规控制框架，扩展了ROS控制生态系统，提供标准化的关节和笛卡尔命令接口。该框架解决了现有控制软件的一个关键限制：缺乏可重用的基础设施以在不同操控器之间实现合规控制算法，同时保持与高层应用的通用接口。插件架构将控制器基础设施与控制法则实现分离，通用包装器利用现有硬件抽象与不同操控器接口，运行时加载的插件仅实现控制法则。命令接口支持关节和笛卡尔空间参考、刚度和阻尼增益、零空间目标及前馈项，支持可变阻抗和多样的合规控制形式。
🔬 方法详解
问题定义：本文旨在解决现有合规控制软件缺乏可重用基础设施的问题，导致不同操控器间的合规控制算法难以实现。
核心思路：提出了一种模块化的插件架构，将控制器基础设施与控制法则实现分离，使得不同操控器能够通过统一的接口进行合规控制。
技术框架：整体架构包括标准化的关节和笛卡尔命令接口、通用包装器和运行时加载的插件。命令接口支持多种控制参数，允许灵活配置合规控制策略。
关键创新：最重要的创新在于插件架构的设计，使得控制法则可以独立于具体的操控器实现，从而实现了跨平台的可重用性。
关键设计：框架中使用URDF模型计算机器人运动学和动力学，命令接口支持刚度和阻尼增益的动态调整，允许根据任务几何形状在线更新合规方向。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
实验结果表明，所提出的框架在接触丰富的操作中实现了任务依赖的合规性，能够根据任务几何形状动态调整合规方向，显著提高了操作的灵活性和效率。模拟结果显示，该框架在不同操控器间的可移植性良好，验证了其广泛适用性。
🎯 应用场景
该研究的潜在应用领域包括工业机器人、服务机器人及医疗机器人等，能够在复杂的接触任务中实现更高效的合规控制。未来，该框架的开放源代码特性将促进机器人控制算法的快速发展与共享，推动智能机器人技术的进步。
📄 摘要（原文）
The paper proposes a robot-agnostic compliant-control framework that extends the ROS control ecosystem with standardized joint and Cartesian command interfaces. It addresses a key limitation of existing control software: no reusable infrastructure for implementing compliant-control algorithms across different manipulators while preserving a common interface to higher-level applications. A plugin-based architecture separates controller infrastructure from control-law implementation. Generic wrappers use existing hardware abstractions to interface with different manipulators, while runtime-loaded plugins implement only the control law. Command interfaces support joint- and Cartesian-space references, stiffness and damping gains, nullspace targets, and feedforward terms, enabling variable impedance and diverse compliant-control formulations. Robot kinematics and dynamics are computed from URDF models using Pinocchio. The architecture facilitates the development of compliant-control strategies and enables the same implementation to be deployed across platforms unchanged. The complete framework, including reference controllers, high-level task interfaces, and example configurations for various manipulators, is open-sourced. The reference Cartesian impedance controller supports task-dependent compliance by rotating translational and rotational stiffness and damping, allowing the principal compliance directions to be updated online according to local task geometry rather than remaining fixed in the robot base or TCP frame. This is particularly important in contact-rich manipulation, where the desired directions of motion, constraints, and compliance directions may vary throughout task execution. Real-robot experiments demonstrate task-dependent compliance in contact-rich manipulation, while simulations show portability across manipulators with distinct kinematic and dynamic characteristics.