工業(yè)機(jī)器人隨著人工智能技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新融合越來越多的工業(yè)機(jī)器人被研發(fā)出來，開始改變工業(yè)制造與機(jī)械生產(chǎn)的模式，同時(shí)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是一個(gè)快速成長中的新興產(chǎn)業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展起越來越重要的作用。

       其中SCARA水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人，是一種圓柱坐標(biāo)型的工業(yè)機(jī)器，主要由控制系統(tǒng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩大系統(tǒng)組成，其中機(jī)器人本體的控制系統(tǒng)內(nèi)包括示教器與機(jī)器人控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器及擴(kuò)展模塊，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)包括機(jī)器人本體與伺服電機(jī)及減速裝置，機(jī)器人所使用的減速裝置多由諧波減速器所組成，而此類SCARA工業(yè)機(jī)器人多用于3C行業(yè)、塑料工業(yè)、汽車工業(yè)、電子產(chǎn)品工業(yè)、藥品工業(yè)和食品工業(yè)等裝配作業(yè)中。

      但是隨著人工成本的上漲、工作環(huán)境的改變、人口老齡化及多元化的市場競爭，各企業(yè)面臨著重重壓力，同時(shí)隨著市場對SCARA機(jī)器人需求量的增加，使工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)單位面臨一個(gè)新的研發(fā)課題。

       為了減小SCARA機(jī)器人在機(jī)械系統(tǒng)參數(shù)不確定性和外部擾動(dòng)等時(shí)變非線性不確定性下的軌跡跟蹤誤差，中科深谷團(tuán)隊(duì)提出了一種確定性形式的基于模型的魯棒控制算法來處理不確定性。該項(xiàng)研究以論文（SCARA機(jī)器人控制算法）為題發(fā)表于2023年Journal of Vibration And Control（振動(dòng)與控制雜志） 期刊中。

——什么是SCARA機(jī)器人？如何提高SCARA機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度和精度？

       SCARA機(jī)器人是經(jīng)典的機(jī)器人產(chǎn)品，由于其定位精度高，運(yùn)動(dòng)速度快，可靠性高，成本低，占地面積小，因此在裝配，分揀，焊接和加工等行業(yè)中得到了非常廣泛的應(yīng)用。

       提高SCARA機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度和精度，對于提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本具有重要意義。然而SCARA機(jī)器人系統(tǒng)是一個(gè)具有時(shí)變、強(qiáng)耦合等動(dòng)態(tài)特性的復(fù)雜控制系統(tǒng)。當(dāng)我們期望更高更快的性能時(shí)，機(jī)器人的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響不容忽視，這將大大增加系統(tǒng)的不確定性。因此，面對各種不確定性和外部干擾，設(shè)計(jì)一種有效的控制算法以實(shí)現(xiàn)高跟蹤精度就顯得尤為重要。本文提出的基于模型的魯棒控制方法可以大大減小SCARA機(jī)器人的穩(wěn)態(tài)誤差，顯著提高其軌跡跟蹤精度。

一種基于Lyapunov方法的自適應(yīng)滑模控制方法

——研究思路

       為了減小SCARA機(jī)器人在機(jī)械系統(tǒng)參數(shù)不確定性和外部擾動(dòng)等時(shí)變非線性不確定性下的軌跡跟蹤誤差，本文提出了一種確定性形式的基于模型的魯棒控制算法來處理不確定性。首先建立系統(tǒng)的名義模型，然后將其余部分集中到不確定性中。自適應(yīng)控制假定不確定性可以用數(shù)學(xué)模型的不確定參數(shù)來描述，利用自適應(yīng)律對不確定參數(shù)進(jìn)行在線估計(jì)，并根據(jù)估計(jì)值實(shí)時(shí)修正控制策略，使控制系統(tǒng)達(dá)到性能要求。

      此外，本文還提出了一種基于Lyapunov方法的自適應(yīng)滑?？刂品椒ǎ摲椒ㄍㄟ^自適應(yīng)律保證系統(tǒng)在存在不確定性時(shí)的魯棒性。最后，數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的控制算法對SCARA機(jī)器人具有良好的控制性能。

一種基于Lyapunov方法的自適應(yīng)滑?？刂品椒?/span>

——論文工程應(yīng)用價(jià)值

      本文所設(shè)計(jì)的魯棒控制器具有參數(shù)和固定結(jié)構(gòu)，能夠在一定的系統(tǒng)不確定性范圍內(nèi)保持一定的性能指標(biāo)，從而保證SCARA系統(tǒng)的穩(wěn)定性?；谀Ｐ偷聂敯艨刂品椒ㄓ蓚鹘y(tǒng)PD項(xiàng)和基于模型的魯棒項(xiàng)組成，可以在不捕獲不確定信息的情況下提高SCARA機(jī)器人系統(tǒng)的跟蹤精度。與SCARA機(jī)器人系統(tǒng)傳統(tǒng)的的PD和MPD控制算法相比，本文所使用的MPDP控制算法具有較好的控制性能，對機(jī)械系統(tǒng)參數(shù)不確定性和外部干擾的影響具有良好的魯棒性。

中科深谷設(shè)備科研價(jià)值

——CSPACE，SCARA機(jī)器人控制平臺(tái)，半實(shí)物仿真

      中科深谷設(shè)備作為控制系統(tǒng)的主控制器，其算法開發(fā)平臺(tái)可以在仿真和測試之間的整個(gè)開發(fā)階段進(jìn)行反復(fù)運(yùn)行，縮短了開發(fā)周期，顯著提高了開發(fā)效率。CSPACE控制系統(tǒng)利用德州儀器C2000處理器提供的嵌入式編碼器支持包，與MATLAB具有很高的兼容性。它提供12個(gè)輸入變量和4個(gè)輸出窗口，我們可以直接在線修改輸入變量，反饋結(jié)果可以實(shí)時(shí)顯示在輸出窗口。CSPACE控制平臺(tái)界面簡單，操作方便，為我們的實(shí)驗(yàn)提供了極大的方便。