械臂在不同環境下、不同任務條件下其控制的目的和策略也不同。當機械臂在自由空間中時，其主要進行位置和姿態的控制，根據任務軌跡的不同，其包括點到點的控制以及軌跡跟蹤控制。當機械臂與環境接觸時，機械臂與環境之間會產生接觸力，爲了完成既定的力控制或者與環境之間良好的接觸，因此需要對交互力進行控制。對於冗餘機械臂的控制即在非冗餘機械臂的控制算法基礎上加入冗餘度的分解，而冗餘機械臂的控制的關鍵在於運動學與動力學的優化。
機械臂的位置控制
機械臂的位置控制主要分爲關節空間控制以及笛卡爾空間控制。
機械臂關節空間的控制需要由逆運動學模塊將笛卡爾任務軌跡映射到關節空間，得到關節空間軌跡之後通過關節層控制器跟蹤該軌跡。對於關節層控制器，最簡單的爲當機械臂運動較慢時，且傳動部分選用大減速比，此時的機械臂系統可以看成是線性系統，其非線性耦合部分可以忽略，此時對各個關節採用 PD 控制。雖然基於獨立的各個關節的 PD 控制的機械臂關節空間控制器具有漸進穩定性，但是無法保證所有任務點的穩定。
上述控制沒有考慮機械臂的動力學模型，因此稱爲“非基於模型控制”。當機械臂運動速度較快，此時機械臂各部分之間非線性耦合嚴重。若要進行精確的位置控制，則需要考慮機械臂的動力學模型。即“基於模型的控制”，也即“動態控制”。這種基於模型的機械臂控制方案可以使得機械臂具有較好的動態性能。對於基於模型的機械臂的控制通常包括內控制迴路以及外控制迴路，如下所示。其中內控制環主要反饋動力學補償量，其將非線性控制系統解耦爲線性系統。其外控制迴路中的控制器可以採用 PD 控制器，自適應控制器等。
上述提及的控制算法爲關節空間機械臂的控制，對於基於該類型的機械臂控制過程中，需要根據逆運動學將笛卡爾軌跡轉化爲關節空間軌跡，進而關節空間控制器跟蹤期望關節角度，從而間接達到笛卡爾位姿控制的目的。對於冗餘機械臂的基於關節空間的位置控制，由於其笛卡爾任務與關節空間並不是一一映射關係，因此其關鍵在於如何有效的進行機械臂的逆運動學計算，由笛卡爾軌跡求解出關節空間軌跡。由於對於冗餘機械臂其不存在運動解析解，因此通過速度級逆運動學求解各關節角度，因此一般採用基於冗餘機械臂雅克比僞逆方法並通過優化目標函數的方法進行冗餘機械臂運動控制。
此外，對於機械臂的笛卡爾位姿控制，通過笛卡爾的位置控制器得到笛卡爾力，進而通過雅克比轉置得到機械臂關節空間的驅動力矩。進而控制機械臂笛卡爾位姿。該方法可以稱爲“雅克比轉置法”，其原理圖如下圖所示。對於冗餘機械臂來說，該算法同樣適用。
力/位置混合控制
機械臂的力/位混合控制最初由 Raibert 和 Criag 提出，也稱爲 RC 控制。該控制方法依據機械臂末端位置控制與環境接觸力控制的正交性，在自由運動方向上進行位置控制，在與環境接觸方向上進行力控制。該系統有位置反饋迴路以及力反饋迴路，其需要實時反饋機械臂當前位置以及力傳感器檢測到的環境作用力，其可以直接控制機械臂末端與環境接觸的作用力。基於力/位混合控制的機械臂力控制系統有兩個控制閉環，分別爲位置控制方向位置控制閉環，以及力控方向力控制閉環。經典的 RC 控制器如下圖所示。
由於力/位混合控制中位置控制以及力控制之間的獨立性，因此在某些情況下，該控制方法在一些非奇異位置會出現不穩定現象。一方面由於經典的 RC 控制器中並未充分的考慮機械臂的非線性動力學耦合現象，爲此 Khatib 等對經典的RC 控制器進行改進並設計了操作空間力/位混合控制系統；Yoshidawa 等提出動態力/位混合控制。另一方面，由於傳統的 RC 控制在力和位置控制進行機械臂互環境接觸的切換過程會造成系統不穩定，而動態力/位混合控制則具有更好的控制性能
阻抗控制
Hogan 指出，在約束和自由空間的力和位置控制無法有效的控制機械臂與環境的交互。因此，在其提出的阻抗控制理論中忽略位置控制和力控制子空間。機械臂阻抗控制通過位置與環境作用力的動態關係實現機械臂與環境的交互作用，由於該位置與力的動態關係與電路中的阻抗概念類似，因此稱其爲阻抗控制。阻抗控制依據任務執行空間的不同可以分爲關節空間阻抗控制以及笛卡爾空間阻抗控制。按照控制系統內環迴路的不同可以分爲基於力的阻抗控制以及基於
位置的阻抗控制
目前應用較多的是基於位置的阻抗控制，該類型的阻抗控制任務規劃較少，可以直接在機械臂的位置控制基礎上實現。機械臂與環境之間的作用力通過機械臂末端六維力傳感器得到，通過目標阻抗關係得到笛卡爾位置修正量。該類型的阻抗控制不直接控制機械臂與環境之間的交互力，而是通過機械臂與環境之間的相對位置調整作用力，其魯棒性好，較易實現
混合阻抗
混合阻抗控制是一種結合力位混合控制和阻抗控制的方法，其最初由Anderson 和 Spong 提出
。在該控制策略中，任務空間被分爲位置控制子空間以及力控制子空間。混合阻抗控制的思想爲在保證柔順性的前提下對機械臂任務空間中約束方向進行力控制、自由運動方向上進行位置控制，其控制系統原理如下圖所示。其在力控制方向引入期望慣量以及期望阻尼陣，根據期望的目標阻抗關係機械臂在該方向上可以進行準確的力跟蹤。且由於機械臂在位置控制方向上具有柔順性，當機械臂與環境接觸時，由位置控制切換到力控制則不會引起系統的不穩定，過渡平滑。
混合阻抗控制系統原理如圖 。採用選擇矩陣 S 確定位置控制空間以及力控制空間，其控制系統包括內外環，其內環一般爲跟蹤目標加速度的位置控制，根據內環位置控制器的不同，其可以分爲基於關節空間混合阻抗控制，以及笛卡爾空間混合阻抗控制
混合阻抗實例分析
綜合力/位混合控制以及阻抗控制的優缺點，混合阻抗控制在力控方向上具有較強的力跟蹤特性以及位置控制方向具有較強的柔順性。位置控制方向上採用笛卡爾基於位置的阻抗控制，機械臂等效爲彈簧-質量-阻尼系統。該方向不進行力跟蹤，但須保證柔順性。其阻抗關係如圖 4-1a 圖所示，目標阻抗表達式如下
在機械臂力控制方向上，機械臂等效爲質量-阻尼系統，設定其剛度爲 0，從而實現精確的力控制。其阻抗關係如上圖 所示，目標阻抗表達式爲
[1]: 周誠. 空間七自由度冗餘機械臂動力學建模與控制研究[D].哈爾濱工業大學,2014
[2]: Zhou C, et al. Hybrid task priority-based motion control of a redundant free-floating space robot[J]. 中國航空學報(英文版)