多關節套索驅動機械臂的自適應滑模魯棒控制*

張世軒 ，王琬琪，徐志剛，杜木雄

(1.中國科學院沈陽自動化研究所機器人學國家重點實驗室，沈陽 110016；2.中國科學院網絡化控制系統重點實驗室，沈陽 110016；3.中國科學院機器人與智能制造創新研究院，沈陽 110169；4.中國科學院大學，北京 100049；5.華北計算機系統工程研究所，北京 100083)

0 引言

隨著智能機器人的發展，作為機器人的重要組成部分，機械臂的設計與控制是研究的關鍵。考慮到成本與控制因素，輕型機械臂設計多采用兩種方案，一種為傳統電機與減速器驅動的方案，如ASIMO[1]和Sophia[2]，負載較小，便于控制。另一種為永磁同步電機與諧波減速器驅動的方案，如ABB-YUMI[3]、DLR-Justin[4]、Rethink-Baxter[5]、Saywer[6]以及Kinova-Jaco[7]等，負載較大，但成本較高。柔性套索已在機械臂上有相關應用，如WAM[8]和LIMS2[9]等，但這些機構主要通過滑輪來實現遠距離的傳動，過于復雜的結構使得系統的制造和控制成本變得較高。為降低成本，本文提出一種通過套索傳動使電機后置的方案，參照人手臂的肩、肘、腕關節設計了一種6自由度機械臂。

對于機械臂系統，考慮模型不確定性及外界擾動下的系統魯棒性是提高控制系統容錯性的重要前提。滑模控制(SMC)是一種能夠有效處理系統不確定性的魯棒控制技。SUN等[10]率先基于滑模控制，提出了具有PID滑模面的PID滑模控制器，并應用在雙鏈直接驅動機器人手臂上，得到了讓人滿意的表現；JAFAROV等[11]提出了一種參數自適應的滑模控制方法，對2-DOF直接驅動機器人手臂的動態模型進行了模擬，得到了較好的魯棒性能；EFE[12]針對機械臂關節柔性產生的干擾轉矩，提出一種無模型魯棒自適應控制器，利用增益自適應定律設計了滑模控制器，并在柔性關節機器人上進行了實驗驗證。……