机械臂轨迹跟踪控制的目的是机械臂按照期望轨迹运动时系统误差始终保持最小,即使存在干扰。因此,高精度、快速响应的轨迹跟踪控制是机械臂的研究重点。自由空间机械臂的位置跟踪问题,终端滑模控制因在滑模面中引入了非线性函数,使系统误差能够在有限时间收敛,在机械臂控制方向深受学者们的关注。而任务空间机械臂的控制,线性滑模控制研究的较多,但它只能确保跟踪误差渐进收敛,而不能保证有限时间收敛。然而分数阶终端滑模整合了分数阶微积分理论和终端滑模控制,相对普通终端滑模控制,分数阶微积分的遗传和“无限记忆”特性可进一步提高系统的跟踪速度及控制精度。然而普通的分数阶终端滑模存在奇异和抖振问题,且收敛速度和控制精度仍需要改善。针对上述分数阶终端滑模控制问题,本文基于时延估计、模糊控制、自适应理论等策略,研究了机械臂的有限时间轨迹跟踪问题。论文主要研究工作如下:对自由空间机械臂位置跟踪问题,提出了一种基于时延估计的改进自适应分数阶非奇异快速终端滑模控制方法。设计了一种具有连续开关项的分数阶非奇异终端滑模面,以保证控制系统具有快速有限时间收敛、高精度和非奇异性等良好性能。时延估计方案用于估计机器人未知的动态参数和外界干扰。利用李雅普诺夫稳定性理论证明了控制系统的有限时间稳定性。将所提出的控制算法应用于两连杆机械臂,对比结果验证了所提出的控制方法与现有控制方法的有效性和优越性。对工作空间机械臂的位置和力同时控制问题,设计了基于模糊控制的分数阶非奇异快速终端滑模阻抗控制方案。对于位置跟踪,根据笛卡尔坐标系中位置和速度误差建立一种新的分数阶非奇异终端滑动面,并用模糊系统逼近补偿摩擦力和外界干扰,最终实现位置跟踪误差的快速有限时间收敛。对接触力的分析,设计了可等效机械臂与环境模型的弹簧阻尼系统,通过控制位置误差的变化实现接触力的控制。受阻力约束的二连杆机械臂的仿真结果表明提出的控制方案是有效的。