(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210469697.1 (22)申请日 2022.04.30 (71)申请人 魅杰光电科技 （上海） 有限公司 地址 200131 上海市浦东 新区中国(上海) 自由贸易试验区临港新片区海洋一路 333号1号楼、 2号楼 (72)发明人 郑希特　 (74)专利代理 机构 北京清大紫荆知识产权代理 有限公司 1 1718 专利代理师 郑纯　黎飞鸿 (51)Int.Cl. B25J 11/00(2006.01) B25J 19/00(2006.01) B25J 9/16(2006.01) G01R 31/26(2014.01) (54)发明名称 一种滑模控制的机械臂系统及其滑模控制 方法 (57)摘要 本发明提供一种滑模控制的机械臂系统， 其 执行单元包括机械臂， 且存在时滞状态； 其控制 单元包括观测模块、 计算模块和控制模块； 观测 模块包括输出延时观测器， 对时滞状态下的关键 数值进行观测； 并向计算模块进行反馈； 计算模 块建立第一数学模型， 并计算第一数学参数； 还 接收观测模块的反馈数值， 并建立含有时滞环节 的第二数学模型， 并计算第二数学参数； 控制单 元包括滑模控制器， 具有基于第一数学参数的第 一控制率， 以及基于第二数学参数的第二控制 率， 生成改进控制信号发送到执行单元。 本发明 还提供相应的滑模控制方法、 相应的滑模控制设 备、 相应的计算机可读存储装置和光学自动检测 设备。 本发 明达到了对时滞状态下的机械臂的有 效控制。 权利要求书4页 说明书12页 附图5页 CN 115157274 A 2022.10.11 CN 115157274 A 1.一种滑模 控制的机 械臂系统， 适用于半导体 检测设备， 其特 征在于， 其包括： ‑执行单元， 所述执 行单元包括机 械臂， 且所述机 械臂存在时滞状态； ‑控制单元， 所述控制单 元包括观测模块、 计算模块和控制模块； 所述观测模块包括输出延时观测器， 所述输出延时观测器设置为对所述机械臂的所述 时滞状态下的关键数值进 行观测； 并将观测得到的所述时滞 状态下的所述关键数值向所述 计算模块进行反馈； 所述计算模块包括对所述机械臂主体建立第 一数学模型， 并计算所述机械臂的第 一数 学参数； 且所述计算模块还设置为接 收所述观测模块的所述时滞状态下 的所述反馈数值， 并建立含有时滞环 节的第二数 学模型， 并计算得到所述机 械臂的第二数 学参数； 所述控制单元包括滑模控制器， 所述滑模控制器设计为具有包括基于所述计算模块的 第一数学参数 的第一控制率， 以及基于所述计算模块的第二数学参数 的第二控制率， 从而 生成改进的控制信号发送到所述执 行单元。 2.如权利要求1所述的滑模控制的机械臂系统， 其特征在于， 所述 时滞状态的关键数值 包括角度、 角速度、 速度、 加速度或其组合。 3.如权利要求2所述的滑模控制的机械臂系统， 其特征在于， 所述 时滞状态的关键数值 包括角度和/或角速度。 4.一种机械臂时滞状态下的滑模控制方法， 其特征在于， 采用如权利要求1~3任意一项 所述的滑模 控制的机 械臂系统， 包括如下步骤： ‑采用执行单元进行执行操作， 所述执行单元包括机械臂， 且所述机械臂存在时滞状 态； ‑采用控制单元对所述执行单元进行控制， 所述控制单元包括观测模块、 计算模块和控 制模块； 采用所述观测模块对所述机械臂的所述 时滞状态下的关键数值进行观测， 包括观测模 块包括输出延时观测器； 并将观测得到的所述时滞状态下的所述关键数值的数值向所述计 算模块进行反馈； 所述计算模块对所述机械臂建立第一数学模型， 并计算所述机械臂 的第一数学参数； 且所述计算模块还接收所述观测模块的所述时滞 状态下的所述关键参数的反馈数值， 并建 立含有时滞环 节的第二数 学模型， 从而得到所述机 械臂的第二数 学参数； 所述控制单元的滑模控制器基于所述计算模块的第 一数学参数的第 一控制率， 以及基 于所述计算模块的第二数学参数的第二控制率， 生成改进的控制信号发送到所述执行单 元。 5.如权利要求4所述的滑模控制方法， 其特征在于， 所述机械臂建立的第一数学模型 中： ； 其中， , , 分别表示机 械臂的位置、 角速度和角速度矢量， M为所述机 械臂的惯性矩阵： ；权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115157274 A 2C为所述机 械臂的哥氏力矩阵： ； K为所述机 械臂的重力矢量： ； u为控制率； 并且令 ,则可得到如下的所述机 械臂的第一状态空间方程 ； 其中， 。 6.如权利要求 4或5所述的滑模 控制方法， 其特 征在于， 所述第二数 学模型中： 所述机械臂考虑了所述时滞状态的第二状态空间方程 为 。 7.如权利要求4或5所述的滑模控制方法， 其特征在于， 所述滑模控制器的第一控制率 通过如下步骤得到： （1） 滑膜面的设计 (1.1)设计指令信号 为r， 引入跟踪误差信号 为 得到跟踪误差变化 率为 (1.2)设计一种非线性滑模面如下 其中， f （e） 为非线性函数， 从而使得小误差放大， 和大误差饱和； 且所述f （e） 的表达式 如下所示 ； 其中， 为所设计的参数； 得到滑模面的导 函数为权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115157274 A 3