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随着工业机械臂在各行各业中得到了较为广泛的应用,对工业机械臂末端控制精度和快速性等方面都提出了更高的要求。本课题将工业机械臂的运动学分析和末端轨迹跟踪控制作为主要研究内容,通过改进控制方法实现机械臂末端轨迹实时高效的跟踪控制。首先,针对3-DOF空间机械臂建立一个基坐标系,根据机械臂在三维空间中的几何关系建立正运动学模型,并对正运动学模型进行逆解分析。利用拉格朗日函数法建立3-DOF空间机械臂的动力学模型。本论文中所有控制方法的验证分析都是基于此模型。针对6-DOF工业机械臂Denso VP6242G使用标准D-H参数法建立其正运动学模型。通过平面几何法和欧拉角变换法建立其逆运动学模型。同样利用拉格朗日函数法建立Denso VP6242G的动力学模型。其次,在3-DOF空间机械臂的动力学模型的基础上进行控制方法的研究。本论文提出的第一种控制方法:基于PID控制的改进滑模控制,为了解决系统的抖振问题,定义并引入了一个全新的切换函数。最终证明了该控制策略在快速性和抖振方面都优于PID控制和传统滑模控制。深入的研究发现该改进滑模控制在系统存在参数摄动及外部强干扰的情况下,无法实现复杂环境下的高精度轨迹跟踪。于是针对上述问题提出了第二种控制方法:基于扩张状态观测器的新型滑模控制。在考虑到各种不确定变量的情况下,发现该方法具有更强的鲁棒性。因为通过引入扩张状态观测器能够对系统的外界的未知干扰、参数的摄动、未建模动态以及耦合部分进行实时估计和补偿。所以严格意义上来说,该新型控制方法是不依赖于被控对象精确数学模型。最后,将提出的基于扩张状态观测器的新型滑模控制方法应用到6-DOF机械臂Denso VP6242G实验平台上,通过与实验平台自带的控制方法(PID)作对比,发现基于扩张状态观测器的新型滑模控制在机械臂末端轨迹跟踪的快速性和精度方面都有明显的优势。并且机械臂的抖振现象明显得到削弱,有效地保护了关节中的伺服电机。