机器人技术是21世纪的研究热点，是一个国家整体科技实力的综合体现。在机器人研究中，关节性能的好坏将直接决定机器人整体性能的优劣，因此，关节研究成为机器人研究领域的一个重要方面。针对机器人关节要满足体积小、重量轻、输出力矩大、运动范围大等设计要求，采用液压驱动的方式以其具有功率重量比大、驱动力大、结构紧凑等优点，可以充分满足机器人关节的设计要求。本文在总结了国内外机器人关节研究最新成果的基础上，围绕设计一种新型的三自由度解耦型液压伺服机器人关节开展了论文的研究工作，并对其运动学与动力学特性进行分析与探讨。 首先按照三自由度机器人关节若能实现运动解耦，则其控制系统可大大得以简化的理念，对这种三自由度液压伺服关节进行了解耦方案的构思；并采用并行设计、三维造型、集成设计等方法进行了关节总体方案的设计。 在结构设计中，融入了模块化、小型化、集成化与结构优化等设计思想，达到了简化系统管路、控制系统泄漏、降低系统制造与维护成本等设计目的，有效地克服了传统液压装置的不足；通过对该关节的解耦特性、跟踪特性、避障特性进行分析和论证，进一步明确了这种新型关节的先进性、实用性与可靠性。 采用液压系统仿真的手段以及拉格朗日方程建模的方法建立了液压伺服关节系统的动力学模型；通过计算机仿真及其仿真结果的对比分析，进一步了解了液压伺服关节系统的动力学性能，验证了液压伺服关节系统的动态稳定性，为控制系统设计打下了基础。 根据球关节的自身特点，建立了球关节系统的运动学模型；对机器人操作臂运动方程的求解方法进行了探讨；分别采用小生境遗传算法与单纯形法设计了基于三自由度机械操作臂的控制算法；进行了算法的仿真计算、实例分析与轨迹规划，所有工作都取得了预期效果。 本文研究所取得的初步成果三自由度解耦型液压伺服机器人关节具有设计新颖、结构紧凑、布局合理、输出力矩大且控制方便等特点。相信随着研究工作的不断深入，必将能够充分挖掘该关节系统的潜力，不断改善其性能。基于这种新型关节所构造的机器人操作臂将对工业机器人的技术提高和推广应用起到十分重要的作用，其应用前景将十分广阔。