机械臂是模拟人臂的机械装置,是机器人最主要的执行机构。近些年,随着对其研究的不断深入,机械臂越发广泛地应用于工业生产、医学治疗、空间探测等各个领域。合理的轨迹规划可以保证机械臂运行中轨迹平滑,运动平稳。同时,由于机械臂的动力学特性中有很多不确定性,所以必须考虑非线性特性以及不确定性对系统响应的影响,保证机械臂系统不受参数的不确定性影响,避免对机器人本身和操作对象造成损伤。综上可知机械臂的轨迹规划和稳定控制具有重要的意义和价值。主要内容概括如下:首先,介绍了机械臂的研究背景、意义及其发展历程,对机械臂的轨迹规划和自适应稳定控制的研究现状做了分析。其次,介绍了建立机械臂模型的数学基础和包含不确定性的机械臂状态空间模型。再次,针对由牛顿插值法造成的起点和终点的关节速度与加速度不为零的缺点,结合多项式插值法对牛顿插值法进行了改进,得到了机械臂关节空间的轨迹规划。利用MATLAB进行仿真,并将仿真结果与常规牛顿法进行了分析比较,机械臂起点和终点的速度与加速度不会突变,保证了其运动的平稳性。然后,针对包含三个不确定动态的机械臂系统模型,基于Backstepping方法进行自适应稳定控制器的设计,从而避免不确定因素对机械臂本身和抓取对象造成的不良影响。该算法保留了系统的非线性特性,快速地估计系统中的未知参数并使系统达到稳定。另外,为提高参数估计的有效性,基于浸入和不变方法进行控制器和参数估计器的设计。该方法在控制器的设计过程中无需构造Lyapunov函数,也就无需进行微分运算,从而避免了 Backstepping方法造成的计算膨胀问题,另外,在自适应估计过程中不依赖于确定—等价性原理,而是引入一项β(x)函数。β(x)的引入使得参数估计器的设计不再单一,而更加灵活有效。最后,对全文做出总结,进一步提出了接下来工作的重点和今后需要研究的方向。