全球性地震灾害发生频繁,救援任务具有时限紧、对功能性和智能化要求高等特点;目前靠人工救援为主,救援效率低,需要研究轻量化、高灵活性、智能化的机器人。针对以上要求,本文对地震救援机器人的结构设计和尺寸优化、冗余自由度机械手的运动学以及动力学进行了一系列研究。首先分析优化了地震救援机器人的机械臂结构。根据现场作业要求,设计了相应的行走平台和七自由度冗余机械臂。对主要零部件进行了静力学分析,分析结果表明机械臂还有一定的优化空间,为了提高机械臂的负载自重比,基于响应面法进行了相关尺寸优化,优化了机械臂结构。其次进行了七自由度冗余机械臂的运动学研究。基于DH法为机械臂连杆建立局部坐标系,建立了机械臂的运动学方程,并采用蒙特卡罗法求解了机械臂的作业空间;在梯度投影法的基础上综合考虑机械臂奇异构型和关节极限,分析了冗余机械臂的逆运动学问题,并引入位置误差反馈的闭环逆运动学解法,提高了逆运动学的求解精度。然后搭建虚拟样机模型进行动力学仿真实验。基于拉格朗日法建立了机器人动力学方程,基于ADAMS虚拟样机对单个关节进行了定点控制和轨迹跟踪仿真试验。仿真结果表明,单个关节定点控制反应灵敏,轨迹跟踪效果良好。将ADAMS虚拟样机模型导入MATLAB,基于MATLAB/simulink建立机械臂的控制系统,可为将来控制算法验证提供交互式联合仿真平台。最后试制了地震救援机器人物理样机,建立基于快速控制原型技术的实时控制系统,采用传统的PID控制,对物理样机进行了轨迹跟踪试验验证。试验结果证实了冗余七自由度机械臂逆解的实时性和有效性以及动力学仿真结果的正确性。