史先鵬，劉士榮
華東理工大學(xué)自動(dòng)化研究所，上海

杭州電子科技大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，浙江杭州

摘　　　要：綜述了近年來(lái)剛性機(jī)械臂軌跡跟蹤控制研究領(lǐng)域的較新進(jìn)展。根據(jù)應(yīng)用于機(jī)械臂的不同控制算法進(jìn)行分類，從自適應(yīng)ＰＩＤ控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制、模糊自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制和魯棒自適應(yīng)控制５種主要控制方法進(jìn)行闡述。重點(diǎn)從關(guān)節(jié)空間出發(fā)，論述了各種控制算法在提高機(jī)械臂軌跡跟蹤性能方面的各自優(yōu)缺點(diǎn)，并分析了它們之間的相互聯(lián)系。較后對(duì)機(jī)械臂軌跡跟蹤問(wèn)題的研究方向進(jìn)行了展望。

１　引　言
機(jī)械臂因其獨(dú)特的操作靈活性，已在工業(yè)裝配，安全防爆等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。對(duì)于不同的任務(wù)，需要規(guī)劃?rùn)C(jī)械臂關(guān)節(jié)空間的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而級(jí)聯(lián)構(gòu)成末端位姿，因此對(duì)機(jī)械臂關(guān)節(jié)空間實(shí)施精確快速控制就顯得尤為重要。剛性機(jī)械臂關(guān)節(jié)空間軌跡跟蹤控制問(wèn)題，即通過(guò)給定各關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)力矩，使得機(jī)械臂各關(guān)節(jié)的位置、速度等狀態(tài)變量跟蹤給定的期望軌跡。機(jī)械臂是一個(gè)多輸入多輸出、高度非線性、強(qiáng)耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，存在著參數(shù)攝動(dòng)、外界干擾及未建模動(dòng)態(tài)等不確定性。因此機(jī)械臂的建模模型必然存在著不確定性，不確定性主要分為兩種主要類型：結(jié)構(gòu)（ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ）不確定性和非結(jié)構(gòu)（ｕｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ）不確定性，非結(jié)構(gòu)不確定性主要是由于測(cè)量噪聲、外界干擾及計(jì)算中的采樣時(shí)滯和舍入誤差等非被控對(duì)象自身因素所引起的不確定性。結(jié)構(gòu)不確定性和建模模型本身有關(guān)，可分為①參數(shù)不確定性　如負(fù)載質(zhì)量、連桿質(zhì)量、長(zhǎng)度及連桿質(zhì)心等參數(shù)未知或部分已知。②未建模動(dòng)態(tài)　高頻未建模動(dòng)態(tài)，如執(zhí)行器動(dòng)態(tài)或結(jié)構(gòu)振動(dòng)等；低頻未建模動(dòng)態(tài)，如動(dòng)／靜摩擦力等。模型不確定性給機(jī)械臂軌跡跟蹤的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)影響，同時(shí)部分控制算法受限于一定的不確定性。目前應(yīng)用于機(jī)械臂控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法主要包括ＰＩＤ控制、自適應(yīng)控制和魯棒控制等，然而由于它們自身所存在的缺陷，促使其與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制等算法相結(jié)合，一些新的控制方法也在涌現(xiàn)，很多算法是彼此結(jié)合在一起的［１］。本文根據(jù)目前應(yīng)用于機(jī)械臂的幾種主要算法進(jìn)行分類，從機(jī)械臂自適應(yīng)ＰＩＤ控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制、模糊自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制和魯棒自適應(yīng)控制這幾種控制方法進(jìn)行簡(jiǎn)要地介紹。

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