应用于茶叶罐分拣的码垛机器人最优关节空间控制*

季晓明，文怀海，刘艳梨

(1. 江苏安全技术职业学院电气工程系，江苏徐州，221011； 2. 大连理工大学机械工程学院，辽宁大连，116024；3. 南京航空航天大学机电学院，南京市，210016)

0 引言

罐盒分拣是茶叶自动包装技术中的重要一环。随着智能制造、机器视觉、机器人等技术的发展，运用码垛机器人来提高自动包装生产线的作业效率越来越受到用户的关注[1-2]。对于码垛机器人的研究通常集中在本体设计、动力学、控制系统设计与轨迹规划几个方面[3]，而本文研究内容为关节空间内码垛机器人的最优轨迹跟踪控制。机器人系统具有高非线性、多变量、高维度的特性，这给高精度控制器的设计带来了很大的难度。再者，由系统摩擦力矩、关节负载、外界扰动与未建模特性构成的集总干扰力矩也会进一步加剧控制器设计的难度。

对于上述问题，国内外学者已进行了诸多探索。例如，Atalar-Ayyldz等[4]采用分数阶PID(Proportion Integration Differentiation，PID)控制策略来设计6自由度机器人的轨迹跟踪控制器，在仿真环境下获得了不错的控制效果。Nikdel等[5]设计了一种状态增强自适应反步法(Backstepping controller，BC)控制器来保证串联型机器人在非线性与参数不确定性下的跟踪性能，并成功应用到了大型工业SCARA机器人的仿真中。针对系统中的集总干扰力矩，Homayounzade等[6]将BC和扰动观测器相结合有效补偿与抑制了干扰项，提高了机器人轨迹跟踪的精度。这些控制策略为本文提供了很好的借鉴。近年来，滑模控制(Sliding mode control，SMC)技术颇受人们关注，它是一种常见的鲁棒控制技术，被广泛应用于机器人控制系统设计中。……