在智能制造行业中,机器人技术一直在发挥着重要的作用,驱动是机器人的动力系统,驱动方式和布局对其性能有着重要的影响。为了研究直接驱动方式下的机器人控制性能,本文以三关节机械臂为对象,研究无刷直流电机直驱的机械臂稳定快速轨迹跟踪控制。论文主要从以下几个方面展开:首先简要介绍了机器人的驱动方式和无刷直流电机直驱的优点,结合国内外研究现状介绍了无刷直流电机和机械臂的主要控制方法。为了能够实际验证控制效果,选用Tmotor R60和MN3508为直驱电机、STM32F407为主控制器、TLE5012B磁编码器芯片和ODrive开源电机控制板搭建了三关节机械臂硬件实验平台,采用基于锁相环的角度跟踪观测器来获取速度估计值。根据齐次坐标变换矩阵和D-H参数得到了三关节机械臂正运动学表达式,并用几何法求出了运动学反解,利用拉格朗日公式推导出了系统动力学方程,采用蒙特卡洛模拟法得到了机械臂的工作空间范围。利用MATLAB Robotic Toolbox和实验平台验证了运动学和动力学分析结果的正确性。为了实现轨迹跟踪,结合速度和加速度约束分析了关节空间内梯形波和S曲线两种速度曲线轨迹规划方法,通过分析得到了各运动阶段持续时间的计算公式和位置、速度以及加速度的具体表达式。讨论了笛卡尔空间直线和圆弧的轨迹规划方法并仿真验证。基于机械臂系统动力学模型,首先介绍计算力矩法原理,模型参数估计误差使计算力矩法的控制效果存在稳态误差,为了提高系统的抗干扰能力和鲁棒性,分析滑模变结构控制的原理,结合计算力矩法,提出了具有全局不变性的三关节机械臂轨迹跟踪积分滑模控制器。与滑模控制不同,自抗扰控制技术采用扩张状态观测器来实时估计系统总扰动并动态补偿,根据其原理设计了自抗扰轨迹跟踪控制器。最后设计实验将所设计的两种方法在搭建的三关节机械臂实验平台上验证,并与计算力矩法进行比较。实验结果表明,积分滑模控制和自抗扰控制能够抑制系统参数不确定性对控制性能的影响,消除位置跟踪稳态误差,从而实现稳定快速准确的轨迹跟踪。