基础学科理论的发展、突破以及应用技术的进步,使得机器人相关理论和技术得到了快速的发展。随着机器人在众多领域中的应用,对其结构、控制精度、工作效率等提出了更高的要求。本文以六自由度机械臂为研究对象,对其运动学、运动规划、动力学以及存在不确定性干扰时的轨迹跟踪控制进行研究。首先,采分别用D-H法和旋量理论建立六自由度机械臂正运动学方程以及相应的雅克比矩阵,并通过数值计算以及仿真验证其正确性,在此基础上,找到机械臂的奇异位形;确定末端执行器力矩与各关节力矩之间的函数关系;对机械臂的可操作性进行研究分析并给出相应的评价指标。针对逆运动学的求解,提出了一种新算法,即利用几何法求出封闭解,将封闭解作为迭代初值代入牛顿-拉夫森法中,求出精确的解析解,通过数值仿真验证了新算法的有效性。其次,将运动规划问题分解成路径规划问题和轨迹规划问题,针对路径规划问题,本文分别在笛卡尔空间和关节空间中对其进行研究,分析两种路径规划方法的优劣,提出相应的规划策略,并通过数值仿真对其进行验证说明。针对轨迹规划问题,分析了点到点之间的轨迹规划,根据不同的设计要求提出了多种轨迹规划方法,在其基础上,提出经过中间点的轨迹规划,并通过数值仿真对其进行验证说明。之后,分别采用Lagrange法和Newton-Euler法建立机械臂的动力学模型,考虑到实际意义和六自由度机械臂的结构,将其进行适当的简化,并建立该机械臂的动力学方程,通过Adams软件以及数值编程软件分别对动力学模型进行仿真,通过对比得到的仿真数据,验证了动力学方程的正确性,对动力学方程中的惯性矩阵和重力项进行仿真,分析关节角度的变化对它们的影响。最后,模型误差、摩擦项以及外界环境等不确定项会对控制系统造成干扰,使得实际轨迹与按照理论模型得出的轨迹存在偏差,造成轨迹跟踪精度的下降,考虑到不确定项对轨迹跟踪控制的影响,采用神经网络自适应方法以及基于HJI理论的控制策略,完成了相应鲁棒控制器的设计,通过仿真分析,验证所设计的鲁棒控制器能够有效的削弱不确定项对控制系统的干扰,取得较好的轨迹跟踪效果。