随着科学技术的飞速发展,机器人技术在工业生产、日常生活、军事以及太空探索等领域的应用日趋广泛。机械臂作为应用最为广泛的一类机器人,其多输入多输出的控制系统具有耦合性、非线性以及时变性等特点。机械臂的轨迹跟踪控制作为机械臂的研究重点,要求机械臂各关节的实际轨迹跟踪给定的期望轨迹。在机械臂的动力学模型已知的前提下,现有的控制算法可以解决机械臂的轨迹跟踪控制问题；但是在实际情况下,由于机械臂关节存在有耦合、摩擦等非线性因素以及负载变化等外部扰动的影响,机械臂的动力学模型往往不能精确得到。因此,研究更具有适应性的机械臂控制方法是有价值的。本文以带有不确定项的机械臂控制系统为研究对象,针对机械臂的轨迹跟踪控制算法进行研究。首先,本文运用D-H方法对机械臂进行运动学分析,在此基础上,利用拉格朗日函数建立三自由度机械臂的动力学模型,并且对其进行必要的化简进而提出本文的机械臂模型。其次,实现了基于PD方法的定点控制和基于计算力矩法的时变轨迹跟踪控制,从仿真结果可以看出计算力矩法的轨迹跟踪控制精度不高。针对这种情况,本文提出在计算力矩法的基础上加入模糊控制,综合模糊控制与计算力矩方法的优点,使模糊力矩方法对机械臂轨迹跟踪误差降低的同时,增加了计算力矩法内控制回路的自适应性。最后,针对机械臂动力学模型不确定部分的控制,在模糊力矩控制的基础上提出了两种基于变结构补偿的模糊力矩控制方法,即基于变结构补偿的模糊力矩控制和基于模糊变结构补偿的模糊力矩控制。机械臂的动力学模型分为标称部分与不确定部分,采用“分而治之”的思想,对于机械臂的标称部分采用模糊力矩控制,对于机械臂的不确定部分采用集中补偿控制的方法,设计不确定部分的包络函数,采用变结构控制进行补偿,两部分控制器的综合输出作为被控对象的控制输入。从仿真结果可以看出带有补偿的控制算法控制精度高,位置轨迹误差小,各关节能够快速跟踪期望轨迹,从而验证了控制器的有效性。利用基于模糊变结构补偿的模糊力矩控制方法能够使得机械臂达到渐进稳定,位置跟踪误差小,还可以减小变结构控制的抖振。