近年来,随着《中国制造2025》战略的提出,中国机器人产业作为国家大力推动的领域之一,市场规模不断扩大,智能化水平不断提高,工业应用场景更加多样化。其中,SCARA机器人由于其优良的性能,被广泛的运用于各种工业。SCARA机器人的本体机械结构大体上较为相似,因此在现有的硬件基础之上研发控制效果更好的控制算法成为当前提升SCARA机器人综合性能的主要手段之一。SCARA机器人是多个关节和连杆组成的多输入多输出非线性系统,系统本身含有较强的内部参数不确定性和外部干扰等未知动态。另一方面,大多数机器人控制算法只能保证机器人的稳态误差收敛,较少关注机器人控制过程中的瞬态性能(如:误差收敛速率、超调量等)。而较差的瞬态性能会造成机器人失控或者造成机器人损坏,甚至会误操作引起生产安全事故,引发不必要的损失。针对上述问题,本文对SCARA机器人建模和预设性能控制进行了研究,在动力学模型的建立过程中考虑转动惯量的影响,进一步提升SCARA机器人的动力学模型准确性。对机器人系统中的未知动态和外部干扰进行估计和补偿,并引入预设性能函数在保证机器人稳态性能的同时进一步优化机器人控制的瞬态性能。本文所做的主要工作可总结如下:(1)基于未知系统动态估计的机器人预设性能控制。通过引入滤波变换,设计未知系统动态估计器,并将估计出的值引入到控制器中对系统未知动态和外部干扰进行补偿。与其他估计器相比,本文提出的估计器结构简单,只需要调节一个参数。另一方面,本文提出的控制算法利用预设性能函数能同时获得较好的瞬态性能和稳态性能。(2)不依赖于函数逼近器的机器人预设性能控制。提出一种不依赖于函数逼近器的控制算法能有效降低控制器的复杂性和计算负担,结合预设性能函数对机器人瞬态性能进行预规定,进一步提高了机器人的控制性能。现有的很多基于预设性能函数的控制方法都通过使用函数逼近器(神经网络或者模糊逻辑系统)来逼近系统的未知动态,利用函数逼近器反而造成计算负担加重和参数调节复杂化,同时权值收敛缓慢会降低机器人的瞬态性能。(3)SCARA机器人实验平台开发,包含机械结构本体和运动控制系统。SCARA机器人由伺服电机和谐波减速器进行驱动,在关节之间分别采用了齿轮传动和同步带传动。机器人控制柜采用框架式布局,包括集成开关、电源设备、控制器、驱动器和散热风扇等。运动控制系统包含STM32F407IG控制芯片,模拟电压输出模块,编码器转换处理模块。自主开发的SCARA机器人实验平台,可以将所提控制算法以C语言的形式编译下载到控制芯片中进行实验验证,实验时的实时结果通过编写的界面软件可以实时显示,方便调试和验证算法有效性。在完成了上述理论研究的同时,针对含有未知动态的SCARA机器人系统,本文进行了仿真分析,并以实验室自主设计的SCARA机器人实验平台为实验验证平台,对所提机器人控制算法的有效性进行了实验验证。