高压变电站广泛应用的气体开关绝缘设备（Gas Insulated Switchgear,GIS）具有封闭性、间歇性和不易观察故障等特征,巡检人员一旦在巡检维护过程中产生疏忽便可能造成严重后果,这对高压电力系统的自动化检测提出了很大的挑战。七自由度机械臂移动灵活,能够通过末端关节携带检测装置对变电站GIS气室完成接触式检测。然而,变电站环境复杂并且GIS气室排布紧密,机械臂的运动轨迹受到诸多约束条件的限制,且各关节转动稍有偏差,便容易产生碰撞造成财产损失甚至安全事故。基于此背景,为了更好的完成变电站GIS气室的自主检测工作,本文针对七自由度机械臂的轨迹规划与跟踪控制问题开展了相关的研究。本文通过介绍机械臂运动学建模的数学基础,阐述了刚体的位置与姿态的概念,以及不同坐标系之间转换的齐次变换矩阵。说明了机械臂D-H参数建模方法,并对本文使用的七自由度机械臂各关节建立坐标系建模得到相应参数,求解了其正运动学模型并推导了其动力学方程。针对受限机械臂在变电站复杂环境下对GIS气室的接触式检测问题,本文分析了轨迹规划需要满足的多种约束条件,为了提高轨迹生成的成功率并缩短规划计算的时间,采用了一种基于逐次细化约束的多阶段优化轨迹方法,将轨迹规划问题转化为离散参数优化问题,通过生成估计的初始轨迹与分阶段针对不同约束进行优化两个主要步骤规划出满足条件的轨迹,阐述了生成初始轨迹的方法与多阶段优化的原理。通过仿真验证了轨迹生成方法的有效性。针对机械臂运动的轨迹跟踪问题,为了实现各关节角度的跟踪控制,本文提出了一种结合时间延迟估计技术的非奇异快速终端滑模控制方法（Nonsingular Fast Terminal Sliding Mode Control,NFTSMC）,时间延迟能够有效估计系统模型不确定性,非奇异快速终端滑模面可以提升系统的动态响应能力。此外,使用李雅普诺夫函数证明了所设计的控制器的稳定性。在MATLAB中对NFTSMC方法进行仿真,验证了跟踪方法的有效性。考虑到变电站实际环境复杂,且应用的七自由度机械臂耦合性高,为了进一步提高七自由度机械臂在时变干扰条件下的轨迹跟踪精度,在NFTSMC方法的基础上引入了自适应控制方法,通过加入两个自适应增益项,将系统的稳态误差降低到较小的范围且抑制抖振问题,并使用李雅普诺夫函数证明了所设计的控制器的稳定性。最后在MATLAB中将提出的方法与不同控制方法进行对比仿真,仿真结果证明了本文提出的基于两项自适应增益的非奇异快速终端滑模控制方法能够使系统具有更小的稳态误差和更快的响应速度,还能够有效的避免系统控制力矩的高频波动,同时增强系统的鲁棒性,更好地满足受限机械臂在变电站复杂环境中对GIS气室接触式检测的需求。