随着机器人应用领域的不断拓展,为了保证机器人能够良好的完成工作任务,对其进行有效控制是关键所在。为获得高性能的机器人系统,必须在机器人的动力学建模和控制器设计时考虑关节的柔性因素。与传统的刚性机器人相比,柔性关节机器人引入了附加的自由度,使得柔性关节机器人的控制器设计变得更为复杂。对于多自由度柔性关节机器人,其末端执行器位置由所有执行机构共同决定,因此有必要采用同步控制方法使机器人的执行机构协调运动,以得到高性能的控制效果。本文将交叉耦合控制策略引入到柔性关节机器人的控制中,实现了多自由度柔性关节机器人的同步控制。由于柔性关节机器人动力学模型中存在建模误差、外界扰动、非线性摩擦等非线性因素的影响,传统的线性控制器往往达不到令人满意的控制效果。本文引入了一类非线性饱和函数对线性控制器进行改进,得到了良好的控制效果。本文主要研究成果如下:1.柔性关节机器人状态反馈同步位置控制。针对传统PD加实时重力补偿的控制器未考虑到各个执行机构的同步控制问题,本文提出了基于位置误差交叉耦合的PD加实时重力补偿的同步控制策略。2.柔性关节机器人输出反馈同步位置控制。考虑到实际工程中速度信息获取的不方便性和不准确性,本文提出了只基于关节位置测量的输出反馈同步控制器。进一步考虑了实际工程中驱动器所能提供的控制力矩是有限的,超过最大限度的力矩都将会限幅输出,提出了输入受限输出反馈同步控制器。3.柔性关节机器人不基于模型同步位置控制。由于实际的机器人系统是一个复杂的多变量非线性系统,很难精确获得系统模型,但上述方法都需要机器人系统的重力矢量项的模型信息。对此本文应用奇异摄动理论对模型化简,对于位置控制问题提出了加入柔性补偿的非线性PID同步控制器。4.柔性关节机器人滑模同步轨迹跟踪控制。对于柔性关节机器人的轨迹跟踪问题,本文基于奇异摄动理论和交叉耦合策略,提出了加入柔性补偿的非线性PID滑模同步控制器,解决了传统PID控制器不能实现全局渐近稳定的问题。对于上述诸算法,本文均给出了稳定性证明,并通过数值仿真验证了有效性。