目前,机械臂被广泛应用于工业、农业、医疗服务等领域,但是传统的机械臂都采用刚性结构,在机械臂操作过程中很难保证系统交互的安全性和可靠性。柔性关节驱动的机械臂能够提供良好的柔性行为,具有质量轻、灵活性好、能耗低、惯性小等优点,在航空航天、医疗康复等领域具有广阔的应用前景和发展潜力

。然而,柔性关节的引入使机械臂在运动过程中不可避免地会产生弹性振动,严重降低系统的控制精度。

针对柔性关节机械臂的控制问题,学者们提出了基于反馈线性化的控制

、奇异摄动

、滑模控制

、PID控制

、反步控制

等多种有效的控制方法。反步法由于设计步骤清晰且容易保证系统的稳定性,受到了学者们的广泛青睐,但是该方法需要对中间虚拟控制量进行反复求导,存在“计算爆炸”的问题。为此,文献[13-15]提出了基于动态面控制技术的反步设计法,避免了直接对虚拟控制量进行求导的繁琐过程。文献[16]和[17]提出了一种基于二阶命令滤波器的反步设计法,不同于动态面控制,它采用二阶滤波器,通过积分而非微分过程获得了虚拟控制量的导数,不仅避免了“计算爆炸”的问题,而且减少了测量噪声对控制系统的影响。文献[18]利用二阶命令滤波技术为

连杆柔性关节机器人设计了自适应模糊命令滤波控制器,实现了机械臂的高精度跟踪控制。文献[19]和[20]还引入误差补偿机制,消除了滤波误差对控制性能的影响。遗憾的是,这些文献需要全状态反馈信息,即要求机械臂角度和角速度均可测量,而在实际应用中,出于空间、重量、成本等因素的考虑,系统往往难以配备所有状态测量所需的传感器,因此基于全状态反馈的控制器便难以被应用。……