机械臂系统因其高度复杂、强耦合、不确定和非线性等特点,很难进行实时鲁棒控制。滑模变结构控制具有鲁棒性强、无需精确数学模型、对参数摄动不敏感和响应速度快等优点,已成为机械臂系统的有效控制策略。但是,现有的机械臂轨迹跟踪滑模控制方法仍存在被控对象简单、系统不确定性表达不合理、控制输入抖振严重、状态无法有限时间收敛和控制器增益设计依赖系统不确定性上界的先验知识等缺点。为解决上述问题,本文针对三个方面进行研究:（1）针对被控对象局限于二自由度机械臂,没有考虑实际工程中机械臂应该是多自由度这一问题,建立了经典三自由度坐标机器人的动力学模型并以此为基础进行控制器设计。此外,采用建模误差分离方式而非高斯基函数来表达系统无规律变化的不确定性,更加贴合实际干扰变化特点。（2）针对控制输入抖振严重、系统状态不能有限时间收敛且依赖于不确定上界先验信息的问题,提出了一种基于干扰观测器的非奇异快速终端滑模控制方法。该方法首先提出了一种可提高控制器设计效率的非奇异快速终端滑模面,并证明了该面的有限时间收敛特性。其次以该面为基础进行控制律的设计和稳定性证明。最后,采用干扰观测器和边界层技术结合的方法有效削弱了控制抖振。在MATLAB/Simulink模块下的仿真结果表明,机械臂系统在不确定性上界未知的情况下,以较低的控制输入抖振实现了对目标轨迹的高精度、快速跟踪。（3）针对控制输入抖振严重、系统状态不能有限时间收敛且依赖于不确定上界先验信息的问题,提出了一种增益自适应的非奇异快速终端滑模控制方法。该方法首先采用自适应技术逼近不确定性的上界。其次采用边界层技术削弱了控制输入的抖振现象。此外,该方法不仅证明了包含摩擦力在内的系统其不确定性上界的存在性,扩展了现有的自适应终端滑模控制技术,而且根据边界层理论,还提出了一种通过调节边界层厚度以延迟抖振发生的控制策略。仿真结果表明,机械臂系统可以在未知上界和较低的控制输入抖振下实现对目标轨迹的高精度、快速跟踪。