工業機器人控制技術的策略比較研究

韓洋祺 鄭亞清 胡廣雪

摘 要：工業機器人控制技術所屬學科為機器人學，是包含機械、電氣、控制理論、電子計算機、人工智能等多學科交叉的前沿科技。主要涉及到機器人的機械結構設計、數學模型的建立、傳感器和執行器的研發和運動控制策略的研究等內容。近些年，隨著智能科技的發展以及機器人應用領域的擴張，一些人工智能和智能決策算法也應用到機器人中。其中機器人學中核心技術是運動控制技術，也是廣受教授和學者們的關注。

關鍵詞：工業機器人；控制技術；策略比較

工業機器人發展的情況很大程度上取決于運動控制技術的發展，控制技術的發展主要分為經典控制理論、現代控制理論和智能控制理論。早期成熟的經典控制理論為工業機器人的控制技術的應用提供了基礎，而隨著時代的發展，現代控制理論逐漸成熟，并在工業機器人控制技術中得到應用。智能控制理論正處于研究發展階段，在工業機器人的應用并不是很成熟。工業機器人通常是多關節的，具有強耦合性，以及在模型的建立上具有非線性和不確定性等問題。而且工業機器人受運行時間和未知環境影響會產生不確定參數攝動、系統外部干擾和負載未建模的動態誤差等問題。導致傳統的控制策略很難達到預期的控制效果，制約工業機器人控制性能的提高。

目前，隨著科技的不斷進步，人類社會的需求不斷提高，工業機器人的應用需求不僅要求高度的靈活性、穩定性、快速性和準確性，還要求可以人機交互和外部環境感知等。同時多變和復雜的工作環境要求工業機器人的控制技術不斷改進，傳統的控制策略已經很難達到高精度、高性能的條件。需要更為先進的控制技術，其中常見的工業機器人控制策略主要有如下幾種：

（1）PID控制

其優點在于結構簡單，性能相對穩定，應用成熟，適用于低速、運動不復雜的工業機器人系統。缺點是工業機器人系統是高度非線性的，缺少工業機器人模型的動態補償，PID控制難以保證工業機器人快速高精度運行以及工業機器人的動態性能和靜態品質，控制效果較差。

（2）滑?？刂?/p>

滑?？刂频膬烖c在于具有較強的魯棒性，不需要特別精確的數學模型，只需要對滑模面和趨近律進行合理的設計即可。所以在非線性、不確定性的系統應用比較廣泛。但是滑?？刂茣箍刂葡到y產生強烈的抖振現象，會嚴重影響系統的穩定性和結果的精度。

（3）迭代學習控制

迭代學習控制的優勢在于不需要精確的數學模型，而且控制器結構簡單容易實現。但是不能有效的抑制外界干擾和不確定性因素的影響，尤其是非周期性干擾和參數未知擾動。而且迭代學習控制還存在著學習速率慢、收斂精度低等其它問題。

（4）神經網絡控制

神經網絡可以自學習任意函數，避免了自適應控制中復雜的數學計算，同時不需要系統太多的先驗信息和參數信息，可以有效的解決模型不確定性的控制問題。

（5）其它智能控制

和傳統的控制策略不同，智能控制不需要對工業機器人系統進行準確的建?；蛘咛嗟目紤]各種不確定性?？梢酝ㄟ^在線學習能力，對系統進行在線的識別、建模，并不斷地進行完善，可以有效提高系統的控制效果。

課題項目：本文來源于重慶建筑科技職業學院2023年校級科研項目：工業機器人控制中的迭代滑膜控制應用研究（編號2023021）。