动量观测器

只用关节位置、速度和电机力矩，估计机器人身上受到的外力矩。

由 Alessandro De Luca 等人在 2003 年前后提出（最初用于执行器故障检测），2006 年用于 DLR-III 轻型臂的碰撞检测，是协作机器人不装力传感器也能感知碰撞的经典方法。它盯着广义动量 p = M(q)q̇（M 为质量矩阵，q̇ 为关节速度），把按动力学模型预测的动量变化与实测比较，得到残差 r，满足 ṙ = K(τ_ext − r)：r 就是外力矩 τ_ext 经一阶低通滤波后的估计，增益 K 越大响应越快、也越怕噪声。它不需要关节加速度，也不用求质量矩阵的逆。残差超过阈值即判定碰撞并触发碰撞反应；摩擦等模型误差会混进残差，所以常与摩擦补偿配合。

例子机械臂运动中被人手挡住，前几个关节的动量残差迅速超过阈值，控制器随即判定碰撞，停止原轨迹并切换到柔顺或退让模式。

也叫

广义动量观测器、Momentum observer、动量残差、GMO

相关

碰撞检测（本体安全）、碰撞反应、扰动观测器、无传感器力估计、质量矩阵、摩擦补偿

来源

Haddadin, De Luca, Albu-Schäffer, Robot Collisions: A Survey on Detection, Isolation, and Identification (IEEE T-RO 2017)
Collision detection and external force estimation for robot manipulators using a composite momentum observer (AIMS Electronics and Electrical Engineering, 2024)