基于位置的视觉伺服系统将感知到的环境信息传递到运动控制中,不需要接触即可以完成目标的定位与跟踪。该类系统主要包括视觉系统和控制系统两大部分,二者通过将图像信息转换成世界坐标系中位置信息的相对位姿估计算法联系起来。机械臂控制系统中加入视觉系统,可使机械臂感知周围环境,提高了机械臂的使用价值。本文首先介绍了机械臂视觉伺服系统的研究背景、意义、发展方向及潜能。总结了现阶段滑模控制算法的研究成果。将视觉伺服系统进行了分类及特性对比;对机械臂的运动学、动力学基础进行详尽叙述。利用MATLAB中robot-toolbox工具对puma560的运动学、动力学进行了仿真。对摄像机进行了离线标定;对基于位置视觉伺服控制存在的从二维图像信息得到三维空间位置信息的相对位姿估计问题进行了研究。对平面运动物体基于卡尔曼滤波算法实现了雅克比矩阵的在线估计和运动目标的跟踪,并通过仿真实验得到了验证。之后利用滑模控制算法实现目标的跟踪。在设计滑模趋近律及滑模面时,为了缩短到达平衡状态的时间采取了两种措施:1.设计匀速、指数及幂函数构成的复合趋近律,保证滑模面以外的状态点快速到达滑模面。针对匀速趋近律在零点处的突变问题,在零点附近的小区域内用分段函数来代替符号函数可削弱抖振。2.在线性滑模面中加入非线性项构成非线性滑模面,可保证滑模运动的快速性。仿真实例验证了所设计的滑模控制算法的快速性及稳定性。最后针对伺服系统受到外界干扰情况,基于线性观测器的原理设计了非线性观测器。将滑模控制与非线性观测器有机结合,可实现对未知干扰估计以及运动目标的准确跟踪。