六自由度机械臂是一种典型的工业机器人,在装配、焊接、喷涂等工序作业中取得了广泛的应用。由于六自由度机械臂系统具有强耦合、非线性、时变的特性,机械臂系统高精度轨迹跟踪和控制是长期以来研究的核心问题。基于拉格朗日方法建立了六自由度机械臂动力学模型,分析了系统特性,选择了不依赖模型精度的预测函数控制作为控制策略。对预测函数算法进行了研究,分析了基函数的选取原则、预测模型的建立方法、滚动优化策略等控制环节,结合六自由度机械臂系统特性确定了相应的参数和控制环节。为了简化闭环控制器的设计,采用广义逆方法实现解耦。考虑到实际的机械臂系统难以建立精确的动力学模型,引入支持向量机辨识广义逆系统,与实际系统串联,构成伪线性解耦系统。为了改善动态控制性能,从采用支持向量机辨识预测模型和粒子群优化控制参数两方面改进了传统的预测函数控制方法。对解耦后的系统设计改进的预测函数闭环控制策略。分别采用改进的预测函数控制方法和PID控制方法对六自由度机械臂的机理模型进行仿真实验,分析和比较两种控制策略的仿真结果。在机理仿真的基础上,对六自由度机械臂实际系统进行轨迹跟踪实验。分别基于预测函数控制、内模控制和PID控制对机械臂本体进行空载、负载情况下的点位跟踪实验,分析跟踪效果和控制性能,验证设计的预测函数算法的有效性和稳定性。