随着加工制造业的快速发展,对于工业机器人控制精度的需求也越来越高。而多自由度工业机器人的高精度运动不仅仅需要保证每个关节运动位置的准确性,同时也需要保证所有关节运动的同步性。对于传统的工业机器人系统,各个关节机构的控制相对独立,并不接收其它关节的信息,这导致了各单个关节产生的误差仅由自身去纠正。而多关节系统的整体性能与所有关节均是相关的,因此在选用有效的控制方法保证单关节的位置控制的同时,引入同步控制的控制思想到多自由度工业机器人系统中,这样既可以实现系统良好的同步运行,又可以增强系统的同步控制性能,从而实现系统的高精度控制。所以对于多自由度工业机器人系统同步控制的研究具有十分重要的意义。本文以多自由度工业机器人为研究对象,首先对单关节位置控制方法和多关节同步控制方法的发展概况进行了分析研究,在广泛查阅国内外文献的基础上,确定研究思路。其次,对工业机器人展开动力学分析,运用拉格朗日力学法,建立相应的工业机器人动力学模型,并对其基本特性进行了阐述。然后,针对工业机器人系统的单关节位置控制精度有待提高的问题,采用分数阶微积分理论与滑模控制策略相结合,提出分数阶滑模控制方法,分别从分数阶趋近律与分数阶滑模控制律两个方面探讨分数阶微积分在滑模控制中的应用特性,实现单关节位置控制的目的,并应用软件进行仿真验证。实验结果表明,分数阶趋近律的引入可以柔化运动轨迹,削弱系统抖振。而分数阶滑模控制律,能够有效提高控制精度。因此,将二者组合后得到的分数阶滑模控制器,兼备二者的优点,在很大程度上改善了单关节位置控制的效果。最后,在确定单关节位置控制方法的基础上,引入交叉耦合同步控制策略,确定相应的位置误差、同步误差与耦合误差,并对同步控制器进行设计。仿真结果表明,较传统方法相比,本文所提方法有效的缩短了关节的角位移调整时间,同时使各关节同步误差与位置误差的均方根误差明显缩小,提高了多自由度工业机器人控制系统的同步性能。