随着控制及相关技术的发展,机械臂在医疗、制造等领域得到了越来越广泛的应用,对实现自动无损检测提供了理论及实践基础。本文所研究的对象为六自由度串联机械臂,首先建立了机械臂的运动学和动力学模型,然后通过设计相应的控制方法,实现了对机械臂末端期望空间轨迹的跟踪。作为机械臂轨迹跟踪控制的基础,运动学模型实现了机械臂在操作空间的执行器位姿与关节空间的关节角度之间的相互转换。并且本文通过DH规则建立了机械臂正运动学模型,通过代数法实现了对机械臂的逆运动学解算。为了得到机械臂力与运动之间的关系,本文运用牛顿-欧拉法建立了机械臂的动力学模型。考虑到机械臂系统是一个复杂的非线性模型,同时由于建模失配和外界干扰,使得对机械臂的轨迹跟踪控制成为一个难点。针对这些问题,本文以控制响应的快速性、稳定性和准确性为衡量标准,利用滑模控制抗干扰性能的优势并以它为基础,研究及设计了三种控制方式:首先运用非奇异终端滑模控制方法实现了对机械臂的轨迹跟踪。该滑模面可使系统状态在有限时间内收敛到平衡点,保证了控制的准确性。同时通过设计跟踪误差的动态方程,消除了由切换控制带来的控制信号的不连续性,提高了控制的稳定性。为了提高上述方法的控制响应速度,随后运用自适应非奇异快速终端滑模控制方法实现了对期望轨迹的跟踪。该方法可使系统状态到达滑模面后更快的收敛到平衡点,同时在没有先验知识的情况下,通过设计自适应律实现了对机械臂系统不确定性上界的估计,提升了控制系统的鲁棒性。最后利用分数阶符号函数在零点切换时的特性,将其引入上一种控制方法的控制器设计中,以进一步提高控制系统的快速响应特性。通过调整不同的分数阶阶次,实现了不同的滑模面趋近速度,扩展了切换控制的性能调节范围。本文最后运用已经建立的运动学模型,实现了对工业机械臂空间轨迹的跟踪。随后对实际控制中运动学解的选取和轨迹规划进行了研究。同时根据工业机械臂的整体架构和控制流程,研究了机械臂关节的驱动方式以及基于PMAC的运动控制。最终通过MATLAB实现了对工业机械臂期望轨迹的跟踪。