Young 在 1978 年设计出了第一个变结构控制器，并且把该控制器运用于机械手 控制，解决了机械手能在定点调节的难题，这种控制方法可以使系统进入滑动状态， 在滑动状态下变结构控制器可以消除机械手关节间的耦合，在此之后对机械手变结 构的控制成为研究的焦点。第一次把变结构控制应用于机械手跟踪控制的是 Slotine and Satry，他们导出了二自由度刚性机械手的控制律。变结构控制不能够进行连续 的控制，可能会出现频繁的切入和换出使系统抖动，高频率的变换有可能会使系统 出现一些超出可控范围的响应，还会使设备的硬件磨损。如果对柔性连杆进行控制， 这种不确定性的影响会更严重。由于采用普通的常用符号函数对饱和后的系统便无 法精确描述，因而这里应该采用饱和函数去描述，从而使系统能够减小抖动带来的 影响。由于在滑动面的边界层内可以实现平滑控制，由于运用变结构控制方法可以 使系统的状态趋近于边界层，这样便可以进行平滑控制，消除抖动的影响，减少了 外界干扰和内部不确定性对系统的影响。引入边界层会带来不好的影响，使系统的 渐进稳定性变差，但在控制带宽没有损失太大的情况下保证了系统的精度。此外， 如何确定上届也是一个难题，一般不容易获得，即便能够预先的估测，也大都具有 一定的保守性。论文网

当系统的输出误差比较大的时候，系统可能会出现振荡现象，因此当负载的变 化量比较大的时候机械手的系统稳定性会变差，有一种指数稳定型的控制器，可以 使系统有更好的鲁棒性，无论是对没有建模的系统还是外界干扰因素比较大的系统 都具有良好的控制性能，人们也在积极探索更多的方法去设计这种控制器。

1。4 国内外研究现状及发展状况

1。5 主要研究内容

直流本文针对不确定性单臂机械手系统做了如下及方面工作： 第一章为绪论，主要介绍了本课题的研究背景及其意义，概述了鲁棒控制方法

还有机械手的组成结构和控制分类，关于机械手简要的发展状况和近几年国内外的 研究现状，以及存在的一些问题。

第二章为单臂机械手的建模，首先概述了单臂机械手的分类、要求和一些简单 的控制方法，最后对单臂机械手的模型进行了论述。

第三章为控制器设计，首先介绍了鲁棒控制理论，鲁棒控制的发展历程及其相 关的方法，接下介绍了关于 PID 控制的发展与基本理论以及 PD 控制器的设计，最 后设计 PD 加前馈的鲁棒控制器，再定义 Lyapunov 函数，用 Lyapunov 稳定性分析 法，检测系统的稳定性，最后进行仿真，分析结果得出结论。

第二章 单臂机械手数学模型建立

2。1 机械手的分类

2。1。1 按照控制型式分类

（1）点位控制型机械手 这类机械手的运动轨迹是以空间中的连个点为起始的控制点的数量越多，系统

的性能就越好。点位式机械手基本能够满足各种要求，并且机构简单。

（2）连续轨迹控制型机械手 这种机械手的运动轨迹是控制任意的连续曲线，能够在三维空间里进行复杂的

动作，工作性能也比较完善，但是控制性能比较复杂。

2。1。2 按照用途分类

（1）专用机械手 专用机械手应用于为某一特定工况，简单而实用，在工业生产中应用比较广泛。

一般只能完成数目有限的特定作业，比如抓取和传送工件。一般来说，专用机械手 的工作程序是固定的，也可以根据需要来进行编写，从而满足多种控制需求，适应 多种作业。