关节型机器人也称为机械臂,是一种广泛应用于工业、生活以及军事中的机械设备。随着机械臂应用的普及化和多样化,对执行器的容错性提出了更高的要求。因为关节型机器人的执行器往往是由多个关节组合而成,通过控制相应的电机实现对执行器末端的移动位置以及移动速度的控制。然而在运行中,关节间不可避免的存在摩擦、碰撞,这些影响将会导致控制偏差甚至控制失效。除此之外,由于执行器及电机的物理限制,其移动位置以及移动速度需要保证在可运行范围内,否则将会导致任务失败甚至系统宕机。虽然有文章涉及执行器故障和状态受限,但是在控制器设计中同时考虑执行器故障并且保证全状态约束的研究却很少。另外,由于机械臂执行器运行的灵活性和拟人性,甚至可以完成穿针引线的精密任务。因此,就需要对其跟踪过程的瞬态性能进行深入研究。目前最常用也最普及的保证瞬态性能的方法是预定性能(PPB)技术,但是目前该技术要求收敛误差初值满足其预定边界的限制,换句话说就是目前关于PPB的研究中,均是在假设满足其初值要求的条件下进行的后续推导设计,几乎没有优化该假设的研究。因此,本文基于关节型机器人的研究现状,在控制系统中存在驱动故障的情况下,通过设计切换控制方案来优化PPB技术,实现任意对误差的性能约束并且满足全状态受限的要求。最后,以微雕机器人为实物平台,结合matlab进行联合仿真来证明本文所提控制策略的有效性。本文的主要贡献如下:(1)根据常用自适应控制方法,针对存在执行器故障、关节间摩擦以及外界干扰等不确定性的控制系统,设计了一种与模型参数无关的自适应控制方法。并通过李雅普诺夫方法证明其稳定性和有效性。(2)基于容错自适应控制方法,针对PPB技术存在误差初值受限的问题,论文采用切换控制技术(监督控制和基于PPB的控制)将误差从任意初始条件衰减至允许的残差集,保证了整个跟踪过程满足预定性能指标。通过在切换点处加入软链接器保证了控制动作的连续性。(3)针对微雕机器人实物平台,将上述研究成果应用在机器人末端轨迹跟踪控制,仿真结果表明,对于复杂末端轨迹的跟踪控制,论文所设计的切换控制方法能实现较好的跟踪性能。