仿生机器人是从仿生学的角度对机器人进行研究和开发,其设计原理是提取蕴藏于生物体中、通过生物进化沉积下来的优秀的运动学、组织学、形态学及其综合作用效果的特性,并将这些特性相对应的结构、形态、组织以及信息传递的方式,通过机械的、电子的、化学的或其它现代科技手段进行某些特定环境的再现。灵长类仿生机器人作为一类特殊的仿生机器人系统,其仿生悬臂运动控制逐渐成为仿生控制领域富有挑战性的研究热点之一。灵长类仿生机器人的“悬臂运动仿生”综合了非线性控制、功能仿生、实物模拟等诸多具有挑战性的问题,它对于人类师法自然、拓展作用领域、探究未知具有重要意义。本论文以悬臂运动仿生的非线性控制为理论研究主体,以双臂式灵长类仿生机器人悬臂运动仿生的非线性控制为应用研究对象,结合国家自然科学基金项目“灵长类仿生机器人悬臂运动仿生与控制策略研究”,针对其悬臂运动仿生过程中的二维悬摆、三维悬摆、动态悬摆、悬臂飞跃等问题,展开一类灵长类仿生机器人的仿生悬臂运动控制研究。基于拉格朗日算子定义了简单机械系统,建立了机械系统的动力学模型,讨论了机械控制系统的几种常见类别,即全驱动机械系统、欠驱动机械系统、平滑机械系统和非完整机械系统。在此基础上,通过分析灵长类动物的悬臂运动机理,利用拉格朗日方程建立了欠驱动双臂式灵长类仿生机器人的二维与三维悬臂运动仿生动力学模型。针对二维仿生悬臂运动控制,基于滑模变结构控制理论(Sliding Mode Control,SMC)设计了仿生悬臂运动控制策略,完成了欠驱动双臂式灵长类仿生机器人的水平对称仿生悬臂运动控制。鉴于SMC控制策略在对于动态水平非对称及水平面跨越仿生悬臂运动控制中存在的问题,提出了基于动态伺服控制(Dynamical Servo Control)理论的仿生悬臂运动控制策略,针对动态水平非对称仿生悬臂运动控制,设计了基于SMC的动态伺服控制器;针对全平面仿生悬臂运动控制,设计了基于能量的动态伺服控制器,仿真实验证明了所述控制策略的有效性。针对三维仿生悬臂运动控制,通过分析灵长类动物手腕组成结构,得到双臂式灵长类仿生机器人进行三维悬臂运动仿生的最简动力学模型,在此基础上基于自抗扰控制理论并结合二维仿生悬臂运动控制中的动态伺服控制策略设计了三维仿生悬臂运动控制器,有效地实现了三维仿生悬臂运动控制。针对悬臂飞跃运动仿生控制问题,基于角动量守恒原理,考虑双臂式悬臂运动仿生机器人进行仿生悬臂飞跃时目标点的位置,规划系统的空中姿态以及身体旋转,基于逆运动学分析方法,获得起飞时刻系统位姿,提出了基于分层滑模控制的起飞前悬臂运动仿生姿态控制策略,实现了悬臂飞跃运动仿生控制。最后,针对一套双臂式灵长类仿生机器人系统,设计了易于工程实现的非线性控制器。进行了基于虚拟样机技术(ADAMS-MATLAB)的准实物与实物实验研究,针对实物系统的物理参数,基于卡尔曼滤波方法进行了参数辨识;并基于动态伺服控制策略分别对常规仿生悬臂运动控制及动态仿生悬臂运动控制,进行了实物实验验证,实验结果表明:所设计的控制方案可有效的实现双臂式灵长类仿生机器人的全平面仿生悬臂运动控制。