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工业机器人在现代工业中发挥着越来越重要的作用，为提高机器人性能，学者们对机器人建模与控制进行了深入研究，大多数研究以刚性模型为基础。然而，工业机器人关节减速机构都存在一定的柔性，特别是高速及大负载作业时，柔性表现尤为明显。关节柔性使得机器人固有频率降低，在外力和惯性力作用下，极易产生振动。振动的存在不仅影响轨迹跟踪精度和定位精度，也破坏了系统运行的稳定性和可靠性。因此，刚性模型控制器在机器人高精度应用中受到了很大限制。如果要进一步提高工业机器人的动态性能和工作品质，必须十分重视关节柔性给机器人动力学带来的影响，对有害振动加以控制。这是提高工业机器人控制精度的重要方向。
本文考虑了关节传动机构存在的柔性，从振动控制方面入手，对工业机器人进行减振控制研究。首先介绍了本课题的研究背景及意义，阐述了关节柔性产生的原因、柔性关节机器人研究现状。针对关节柔性导致的振动问题，综述了国内外学者在柔性关节机器人振动控制方面的研究成果，分析了振动控制策略应用中面临的一些问题，以此为基础，开展了进一步研究。主要内容如下:
第一，以六关节工业机器人为原型，考虑传动机构的柔性因素，基于拉格朗日能量法建立了刚性连杆柔性关节机器人动力学模型。以该模型为基础，验证了柔性关节带来的振动效应，并分析了振动特性。动力学模型是后续研究的基础。
第二，提出了一种新型关节空间轨迹规划算法，获得了更加平滑的运动轨迹。该算法具有以下特点:(1)可以实现关节空间加加速度连续;(2)可以处理机器人位于奇异位姿时的速度;(3)既可以进行在线规划，也可以完成离线规划。为更加有效利用该轨迹蕴含的平滑信息，针对柔性关节机器人采用四阶前馈控制器，结合提出的轨迹规划算法实施振动控制，仿真验证了该方法具有良好的振动控制效果。
第三，提出了一种新的两脉冲输入整形器参数学习策略。通过振动幅值测量，利用寻优方法（外推内插法和黄金分割法）离线调整整形器参数，运用最优参数整形器实施振动控制。提出的整形器参数学习策略无需振动相位的测量，不仅适用于线性系统，也适用于柔性关节机器人这种存在非线性及时变振动的系统。将所提离线学习整形器应用于柔性关节机器人的残余振动控制，分析了振动幅值和电机力矩之间的关系，利用力矩来测量振动幅值，并给出了整形器参数初始值计算方法。通过数值仿真验证了该方法的有效性。
第四，提出了基于电机状态反馈的柔性关节机器人动态面轨迹跟踪控制器，利用连杆位置和速度估计信息，使用动态面法完成控制器设计。这种基于观测器的动态面控制器相比于传统反演控制器，有以下优点:一方面，动态面法的使用降低了控制器设计难度，同时使控制器具有可调参数，方便了性能调试;另一方面，动态面法避免了高阶信号测量，连杆状态观测器避免了连杆状态的测量，因此，只需电机状态反馈即可完成控制器设计。所设计的控制器可以克服连杆动力学的不确定性，具有一定的鲁棒性。此外，由于控制器基于电机状态反馈，无需安装额外传感器，可直接应用于现有工业机器人，具有工程应用价值。
第五，考虑连杆动力学与电机动力学中的不确定性，设计了基于Chebyshev神经网络的柔性关节机器人部分动态面位置输出反馈控制器。运用非线性观测器估计连杆和电机速度，采用刚性机器人控制器设计方法设计连杆控制器，只在电机采用动态面法设计电机控制器。同时，运用Chebyshev神经网络逼近观测器和控制器中的模型不确定性。所提控制器设计方法为柔性关节机器人控制器设计提供了一种新思路，既可以借鉴现有刚性机器人控制方法，控制器设计更加灵活，且部分动态面法的应用避免了加加速度等信号的测量和反演设计中反复微积分产生的积分爆炸。此外，Chebyshev神经网络计算简单，收敛速度快。诸多优点使得该控制器更易于工程实现。
第六，开发了基于模块化设计理念的焊接机器人控制器，着重介绍了DSP多轴运动控制器软硬件设计和加加速度连续轨迹规划算法的实现。通过弧焊机器人焊接实验，验证了提出的加加速度连续的轨迹规划算法。此外，基于设计的单关节机器人平台，利用振动幅值离线学习两脉冲输入整形器最优参数，在DSP运动控制器中实现了输入整形器，验证了该算法有着良好的振动控制效果。
最后，对本文所取得的研究成果进行了总结，并指出了需要进一步开展的工作。