核聚变能是一种可以根本解决人类能源问题的清洁能源。作为一种可实现受控核聚变反应的实验装置,托卡马克对于研究核聚变反应中实际发生的物理现象进而掌握实用化的核聚变能技术具有重要意义。然而,核聚变舱内部具有强辐射、高温、强磁场以及高真空的特点,位于其中的零部件在核聚变过程中容易损坏。此外,核聚变舱内部设备众多,各种管道错综复杂,工作空间狭小,再加上舱内部件被污染的可能性较大,即使在设备维护期间维护人员也不宜进入反应舱内部直接对相关部件进行操作。因此,亟需研制一种遥操纵机器人系统,在舱外通过对机械臂的操控完成对舱内部件的观测、检查、拆卸、装配、回收、运送和修复等操作任务。在上述背景下,本文针对适用于核聚变环境的遥操纵机器人系统进行研究,希望通过核环境遥操纵机器人工程样机的研制为研发高质量的遥操纵机器人系统、加速核聚变能的实用化进程奠定基础。论文的主要研究工作与创新点如下：首先从对核环境遥操纵机器人的严苛要求出发,对适用于核环境的遥操纵机器人的总体方案进行了设计,确定机器人主体采用长悬臂铰链式结构。在此基础上,对机械臂的构型进行了研究。针对多关节机械臂末端重力引起的形变问题,借助于整体结构力学分析的结果,设计了重力补偿模块。针对抗辐射光纤弯曲半径大的问题,设计了专用的光纤收放装置。然后从多关节机械臂的结构特点和作业任务的实际需求出发,对多关节遥操纵机械臂的运动学控制问题进行了研究,将多关节遥操纵机械臂的工作过程细分为进出反应舱、大尺度观测和自由观测三个部分。分别利用D-H方法和改进的D-H方法建立了多关节机械臂的坐标系,分析推导了其正运动学方程,并根据具体的工作过程,对多关节机械臂的逆运动学问题进行了求解。在此基础上,运用数值分析方法求解多关节机械臂的运动空间,并利用Matlab对多关节机械臂进行了运动学仿真。再次,对多关节机械臂的静力学和动力学问题进行了研究。通过静力学计算推导出各个关节和连杆的内力,继而得到其静力学模型。在此基础上,校核关键部件的静力学性能,验证其安全性和可靠性。更进一步,运用有限元分析方法对多关节机械臂进行了静力学仿真和振动模态分析,从而为振动控制和优化设计提供了依据。此外,建立了各机械臂的动力学模型,并利用拉格朗日方程建立了多关节机械臂系统的动力学模型。最后,对多关节机械臂进行了轨迹规划研究,通过Adams虚拟样机技术对多关节机械臂进行了动力学仿真,研究了其在典型作业路径下的动力学性能。最后,建立了多关节机械臂的柔性模型。首先根据结构和受力性质的不同,将多关节机械臂分成不同的部分。在综合考虑各部分变形的基础上,构建了系统的柔性模型,提出了基于柔性模型的末端位姿矩阵。仿真实验结果表明,所述柔性模型可以有效提高多关节机械臂的末端定位精度。为了验证所开展研究的有效性,实际制作了多关节机械臂原理样机。实验结果表明,依据上述总体方案设计、制作的多关节机械臂原理样机具备良好的运动学、静力学和动力学特性,在功能上完全能够满足设计要求。