挖掘机器人在完成自主挖掘的过程时共需要三个过程的分析：控制信号（目标轨迹），比较信号（当前位姿），控制系统设计。因此本文主要从构成自主挖掘机器人闭环控制系统出发，分别从上述三个问题出发做了以下研究：利用Matlab编制程序画出挖掘机器人的工作空间，根据挖掘机典型作业任务特点和最佳工作区域，在挖掘机工作空间内规划出一个梯形区域。在采用基于规则规划的前提下，同时参照熟练操作工人的经验，对该梯形区域进行任务的规划；最后详细介绍了使用铲斗进行单次作业循环的整个过程。最后利用Proe机构分析功能得出挖掘机铲斗斗齿尖点在到达指定点在三维空间的轨迹曲线。在D-H坐标系下建立了挖掘机工作装置的模型，利用坐标变换法解决挖掘机器人的正运动学问题；利用解析法和几何法解决挖掘机器人的逆运动学问题；建立了挖掘机器人几何模型，利用几何模型完成由关节角空间到驱动空间的转换。位姿检测系统设计，采用直线位移传感器直接测量液压挖掘机中的动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸的行程，然后结合运动学所求的结果计算出对应的各关节转角。用测驱动空间的位移来取代了传统的编码器直接测量各关节转角的方法，使检测系统更能适应挖掘机的在户外工作的恶劣环境，为后期的轨迹跟踪提供了可靠的挖掘机器人当前位姿。根据液压系统比较复杂，采用AMESim对动臂系统进行建模。在综合比较了PID和模糊控制各自的优缺点，最后选取参数自整定的模糊PID作为动臂系统的控制方法。利用Matlab-Simulink和Fuzzy控制箱完成了基于参数模糊自整定PID控制器的设计；最后利用AMESim和Matlab-Simulink对动笔系统进行联合仿真，分析了系统对阶跃信号、方波信号、带有干扰的方波信号的响应。验证了本文所设计的控制器具有比较好的鲁棒性能和较强的适应性。