非完整移动机械臂和固定基移动机械臂相比,不仅具有操作的灵活性,而且具有工作空间的广阔性,因此在工业、社会服务、国防等领域的应用具有非常广阔的前景。非完整移动机械臂是一个具有高度非线性、强耦合的典型非完整动力学系统,近十多年来,成为国内外学者的研究热点。同时由于非完整移动机械臂的动力学模型中存在未知的惯性参数、未建模的动态和外部干扰等,使之成为一类典型的多输入多数出非线性系统。本文对非完整移动机械臂的运动规划和轨迹跟踪问题进行了研究,给出了高性能的控制器。主要内容有： ⑴针对非完整移动机械臂惯性参数的不确定性,采用滑模控制为其设计了输出跟踪控制器。首先给出了包括驱动电机动态特性的非完整移动机械臂的简化动态模型,然后通过微分同胚和输入变换将其分解为四个低阶子系统,并给出了其输出跟踪的滑模控制器设计方法。仿真实验表明,所设计的鲁棒控制器能很好地跟踪给定轨迹。 ⑵针对一类不确定多输入多输出系统的输出跟踪控制,采用了鲁棒反步滑模控制为其设计了控制器。在控制器设计中,用反步法设计虚拟控制器,与经典的反步法不同的是,在每一步的虚拟控制器设计中使用了滑模控制。这种方法的优点是每一步的虚拟控制器能够补偿未知的不确定项。理论分析证明了闭环系统是最终有界的,仿真试验也表明,所设计的鲁棒控制器能很好的跟踪给定的轨迹。 ⑶针对有空间障碍物避免的移动式操作机器人系统运动规划问题,提出了一种基于特殊的人工势函数,使用局部距离信息实现非完整移动机械臂系统实时避障运动规划方法,并且用Lyapunov定理证明了闭环系统的稳定性。