机械臂作为科技发展的产物,已广泛应用于生产、制造、航空、医疗等领域中。随着现代科学技术的迅速发展,控制对象、控制器以及控制任务变得日益复杂化,对机械臂的控制也有了更高的要求。其控制效果的好坏直接影响到机械臂的整体性能,因此研究更先进有效的控制方法一直都是机械臂轨迹跟踪控制系统的核心。机械臂是一个高度耦合、多输入多输出的复杂非线性系统,在其运动过程中往往会受到各种不确定因素影响,而云模型作为新兴的智能控制策略,实现了定性概念和定量数值之间的相互转换,其采用的云模型定性推理方法不需要有精确的控制对象数学模型,在保留了系统不确定因素的前提下仍能达到很好的控制效果,很大程度上解决了我们在实际应用中遇到的问题。因此考虑到云模型控制策略的优势,本文创新地将其应用于机械臂的轨迹跟踪控制系统设计中。本文的主要研究工作为:分析了机械臂运动学和动力学,在此基础上选取二自由度机械臂为被控对象建立了轨迹跟踪控制系统的数学模型,并对云模型理论进行了介绍。基于一维云模型推理映射算法设计了机械臂轨迹跟踪控制系统的P+D型一维复合云模型控制器,与PD控制进行了对比;设计了P+I+D型一维复合云模型控制器,在理想和考虑摩擦力及干扰情况下分别与传统的PID控制进行对比,仿真结果证明了云模型具有良好的控制性能以及强大的非线性处理能力。为了进一步研究云模型算法在机械臂轨迹控制方面的优势,在考虑存在线性变化外力负载的情况下以二维云模型推理映射算法为基础设计了二维云模型控制器、PD+I型复合云模型控制器。仿真实验验证了所提控制方案的有效性,通过对比研究表明了云模型控制算法对参数变化具有很强的适应性,解决了在不确定因素影响下的机械臂的轨迹跟踪问题,使机械臂关节角能够快速、精确地沿着目标轨迹运行。在丰富了机械臂轨迹跟踪控制算法的同时,也为研究更为复杂的机械臂轨迹控制问题奠定了基础。