我国铁路编组站经过几十年的发展,形成了几十个拥有新技术装备的驼峰编组场。然而,由于火车自动摘钩系统存在诸多技术难点问题,火车摘钩自动化尚未彻底解决,使得现如今铁路摘钩人员工作强度大并存在摘钩安全隐患。为了解放劳动力、提高工作效率并消除工人操作安全隐患,本文通过对摘钩过程的分析设计了一种形式新颖的火车自动摘钩机器人。它可以替代摘钩人员完成列车的自动摘钩,填补编组站自动摘钩领域的空白。首先,在综合分析国内外技术现状的基础上,确定了火车摘钩机器人的系统方案与结构设计准则。采用模块化思想提出并设计了一种全新的火车摘钩机器人本体结构。这里将火车摘钩机器人的本体结构分为摘钩机械手模块、升降模块、横移模块和行走模块。各执行模块分别由各自的驱动装置来驱动,最后通过控制系统来控制各驱动装置以保证各模块协调动作来完成对火车车钩的自动摘取。其次,建立了火车摘钩机器人的运动学模型,对机器人进行运动学正解与反解计算。分别利用几何绘图法与数值分析法分析了火车摘钩机器人的操作空间以验证摘钩动作的可行性。基于五次多项式插值法对摘钩机械手进行了轨迹规划,从规划的结果可以看出,机械手在运动过程中位置连续,速度平稳且不存在加速度突变。这说明机械手在运动过程中动作平稳可靠,不存在振动和冲击等剧烈运动的情况。之后,在机器人D-H参数运动学模型的基础上,基于牛顿-欧拉法建立了机器人的动力学方程,并利用SimMechanics对其进行动力学仿真,求出各关节的驱动力矩。最后,采用矩阵微分法建立了机器人末端机械手的静态位姿误差模型,对火车摘钩机器人进行末端机械手运动误差分析。对由机器人运动学模型中运动变量和结构参数误差引起的机器人末端机械手的位姿误差进行了仿真。从仿真结果可以看出,角度参数误差较长度参数误差对机器人末端机械手的位姿误差影响较大。然后又分析了连杆柔性对机器人末端机械手误差的影响,从结果可以看出,由于机器人的运动特点,连杆的柔性对其误差的影响比较微弱。最后又探讨了多因素影响下的火车摘钩机器人位姿误差,通过分析,将各种因素引起的机器人末端机械手位姿误差都归结为由机器人运动学模型结构参数和运动变量引起的误差。最后,采用输入运动规划法对机器人进行了误差补偿,补偿结果证明了该方法的有效性。