工业机器人已广泛的应用于工业生产过程中,为此如何进一步的提高工业机器人的工作质量已成为我们不懈的研究方向。机器人是一个复杂的、多输入多输出的、非线性的多耦合系统。要提高工业机器人的工作质量,就必须为机器人开发先进的控制系统。本论文旨在建立一套完整的实用的先进的串联多自由度机器人的控制系统,为此针对串联多自由度机器人的控制系统的各个部分,我们不仅应用了该领域的最新研究成果,同时也提出了先进的控制策略。在建立多自由度机器人运动学方面,采用了基于旋量理论的旋量法来建立运动学模型。从整体上来描述刚体的运动,进而提供完整而明显的几何描述,避免了应用D-H参数法中由于局部坐标系描述所带来的奇异性;同时,利用旋量指数积进行逆运动学求解可以更好地确定产生多解的条件以及多解的个数,明确其几何意义,进而避开抽象的数学符号,大大简化了机构的分析以及求解过程。在机器人动力学建模方面,充分的利用了旋量法建立机器人运动学模型的优势,将旋量理论应用到拉格朗日法中进行多自由度机器人动力学的建模。其相对于常用的利用D-H参数来进行拉格朗日动力学建模具有操作简单,意义明确、直观的特点。在机器人轨迹规划方面,采用了基于齐次坐标矩阵的轨迹规划方法。将机器人在笛卡尔空间的运动分解为平移运动和旋转运动,通过对其中的平移运动和旋转运动的求解来设计机器人笛卡尔空间的轨迹方程。该方法克服了工业机器人原有轨迹规划方法中由于机器人的奇异性和欧拉角算法所引起的缺点;同时,具有概念直观、规划路径准确、可操作性强等特点。在机器人控制方面,基于已有的控制方法提出了一种新的复合控制方法—非线性PD-Terminal滑模控制(NPD-TSMC)。将非线性PD-Terminal滑模控制与前面建立的机器人系统的各个部分组成串联多自由度机器人控制系统,并与目前存在的PD-SMC、NPD-SMC和PD-TSMC控制方法组成的机器人控制系统进行了仿真实验的比较,通过仿真实验证明了所提的NPD-TSMC控制方法相对于存在的PD-SMC、NPD-SMC和PD-TSMC控制方法具有更好的轨迹跟踪性能。最后,针对提出的NPD-TSMC控制方法,利用建立的机器人控制系统对其控制参数运用控制变量法进行了相关的分析研究。