机械手运动学其最关键的问题就是机械手关节的坐标的变换关系。我们所常见的机械手可以分为两种运动轨迹，一类分为点到点进行运动，如搬运、点焊等。另一类的要求是机械手臂沿着空间某一我们需要的轨迹进行运动，类似喷漆、弧焊、涂料等。两者看似不同，其实它们给出的都是笛卡尔坐标系中的所需的点和路径，运动学中需要解决的第一问题就是如何求出机械手各个关节的轨迹运动（逆运动学问题）。其是机械手动力学中的一个关键问题，也是人们研究机械手动力学和如何进行控制的前提，而且它的存在影响到了人们对机械手的数据分析和软件编程等。一般来说机械手的控制方法是通过驱动机构来调整各关节位置，即调整每个关节的坐标，使得机器人末端执行器的位置跟随给定轨迹或稳定在指定位置上，因此从机械手臂的控制角度来说，逆运动学问题是机器人学中首要解决的课题，一直受到人们的目光。

在过去大多示教过程中人们都是通过使用机械手各关节点的位置坐标而不是选择逆运动学方程来求解。目前为了示教方便，都设置了直线或者圆弧插补来计算坐标，即直线使用两个点，而圆弧能够使用三个点。因此，我们需要在控制器内来编入逆运动学方程进行解析。绝大部分的机械手都可以通过上述方案有解析解，通过使用数值法对其进行计算。

1.4 选择机械手控制方法

    机械手技术的关键在于控制技术的设计，运动学控制，动力学控制这两类控制方法是机械手的主要控制方案。

     变结构系统是控制系统的一种设计方法，它是一种不连续的反馈系统，其中最常见的变结构控制系统是滑模控制。它的特点是：系统的“结构”并不固定，在机械手的运动的情况下，根据机械手当前状态进行预先设定地变化，逼迫控制系统如同期望轨迹状态进行运动。因为能够设置滑动模态并且滑模动态对外界干扰和参数的变化没有任何联系，所以它能使控制模块快速响应，获得对参数变动，干扰扰动的不变性，实现相对简单。并且使控制模块产生极强的鲁棒性。因为鲁棒性的存在，滑模设计容易并且容易解耦，所以滑模控制在机械手的应用控制中广泛使用。

本篇文章通过对机械手的工作特性的理解，发现滑模控制方法适合用于机械手控制系统。主要原因是滑模控制对于外界干扰或者参数变化具有稳定不变性，其鲁棒性对于控制机械手的运动轨迹十分有利，它能够削弱机械手由于负载变化或者其他干扰对控制系统性能的影响。如今，滑模控制正逐步与智能控制融合，如若将自适应和模糊等控制和滑模控制相融合，整个系统的性能将提升一个档次。这将是未来机械手控制的一个发展趋势。

1.5 本文的主要研究内容

    本文首先查阅了国内外大量关于移动机械手系统的资料，对设计机械手系统的问题进行研究思考，主要过程为：

第一步，学习机械手结构特征，并在这个前提下选择拉格朗日动力学算法，警校推导，得到机械手动力学模型并计算参数。

第二步，本文在理解并使用滑模变结构控制理论。建立了机械手的动力学模型的前提下，为机械手设计了一个滑模控制器。

最后，将第一步第二步的建模与理论相结合，设计了所需的控制器，通过MATLAB将建模方程与控制器编程，之后进行了系统控制的仿真，来验证可行性。

2 机械手的动力学建模

2.1 拉格朗日动力学的建模模型

机械手控制系统是不完整且不正确的系统，移动机械手的控制不仅复杂而且困难，只依靠机械手动力学模型设计的动力学控制器是不能满足我们实际控制的需要。这时需要建立机械手的统一的动力学模型，为研究关于移动机械手的其他相关问题，例如稳定性分析，反馈控制器设计和计算机仿真等问题提供资料。 工业机器人的动力学建模与仿真+MATLAB程序(3):http://www.751com.cn/zidonghua/lunwen_42364.html