液压机器人因其具有更大的负载能力,在矿山、航空航天、核工业等大负载领域具有广阔的应用前景。相较于中小负载型电机驱动机器人因具有响应速度快,在高速情况下也较容易实现末端位姿的高精度运动,液压机器人因其液压系统具有强非线性、系统参数不确定性等特点,给重载液压机器人末端位姿的高精度控制带来了巨大挑战。目前大多数的液压机器人都是人工开环控制的,国内尚未有重载液压机器人高精度运动控制的应用案例。本论文提出一种新型的多关节重载液压机器人系统,基于机理运动学和动力学分析,建立了系统的多输入多输出非线性模型,并考虑系统不确定性和非线性影响,设计了基于动态补偿的自适应鲁棒运动控制器,以实现机器人末端位姿的高精度跟踪。本文共分为七章,分别论述如下:论文第一章以课题所研究的液压机器人为背景,对液压机器人进行划分定义,并介绍液压机器人的发展历程,概述了本课题的研究意义;分析了近年来液压机器人建模、控制和液压系统的国内外研究现状;最后,总结了本论文的研究内容。论文第二章介绍了本课题提出的多关节液压重载机器人的结构组成原理和理论建模。基于Denavit-Hartenberg(D-H)法建立了机器人连杆附体坐标系,推导了运动学方程;基于拉格朗日刚体力学,推导了机械臂刚体动力学方程;基于流体力学,建立了电磁阀非线性流量方程、液压缸两腔压力微分方程和液压缸摩擦力数学模型;最终,考虑机械臂系统和液压系统存在的模型不确定性和集中干扰,建立了考虑不确定性的液压机器人系统状态微分方程。论文第三章分析了机器人末端可达的工作空间,并根据末端工作范围进行笛卡尔轨迹规划。使用Sim Mechanics工具箱对机器人末端工作空间进行求解,分析结构参数对工作空间的影响;针对实际工况中平稳运动要求,并对姿态受限的情况进行子工作空间求解;利用解析法推导了机器人末端任务空间到关节空间的逆运动学,结合雅可比矩阵和驱动雅可比矩阵将笛卡尔空间位姿轨迹分别映射到关节空间和驱动空间,设计了笛卡尔轨迹规划器。论文第四章求解了液压机器人系统静态工作点,并对系统开环特性进行分析。求解了液压机器人在给定初始位置时的系统状态如关节转角和液压缸两腔压力;分别设计单关节激励仿真试验和多关节同时激励仿真试验,分析了系统参数如关节阻尼系数矩阵、液压缸摩擦力系数矩阵,设计参数如供油压力、初始压力、负载质量等对各液压执行器的影响。论文第五章论述了液压机器人系统闭环控制器设计的难点,给出了机械臂力矩控制、类流量控制和类流量-阀芯逆映射分层控制器设计思路。针对考虑不确定性的系统模型,基于自适应鲁棒控制,利用反步法逐步推导系统控制率,并证明了李雅普诺夫稳定性;并使用MATLAB对轻载、重载、慢速、快速组合工况进行控制仿真分析,并与传统PID控制算法进行对比,结果表明所提出的控制算法能达到末端位姿高精度轨迹跟踪效果;此外,在恒值干扰和时变正弦干扰存在的情况下,对本论文所提出的控制算法抗干扰能力进行了检验。论文第六章建立了基于商业动力学仿真软件ADAMS的虚拟样机模型,对角度传感器进行了标定,对第二章建立的机械臂动力学和运动学模型进行验证,结果显示数学建模的相对误差在10%以内;介绍了MATLAB与ADAMS进行联合仿真的步骤,并进行了机械臂系统的联合仿真。论文第七章总结了本课题的研究内容,指出了目前本论文存在的不足,并对本课题未来的研究方向提出了几点展望。