核能是能源的重要组成部分。由于放射性的存在,核环境对人体具有极大的危害,因此核环境下的作业强烈依赖于自动化作业或遥操作作业手段,而适应核环境的机器人产品是实现自动化作业和遥操作作业的良好选择。随着核工业的发展,核设施退役、核废料处理和核设施运行维护的自动化作业需求不断增加,对核环境机器人的要求也不断提高,需要机器人具有良好的复杂环境作业能力、较高的辐照环境适应性以及较好的动力学控制性能。基于该背景,本文主要研究了典型核环境场景下特种机器人系统的构型设计,针对其构型中的柔性机械臂振动抑制问题和具有任务空间约束的双机械臂协同作业动力学自适应控制问题进行了探索性研究,并针对7自由度机械臂和9自由度机器人构型进行了机械系统设计和环境适应性关键技术研究,最后进行了样机研制和性能与功能测试。论文首先针对核设施退役、放射性废物处理及核设施维护中的典型作业场景进行了机器人构型设计,共设计了7自由度机械臂、9自由度机器人和多自由度避障机器人三种构型。基于POE理论建立了7自由度、9自由度机器人正逆运动学控制方法,针对多自由度避障机器人逆运动学问题提出了一种基于多项式曲线形位拟合的冗余机器人逆运动学控制方法。通过matlab平台仿真验证了三种构型机器人的运动学算法合理性。接下来,论文针对上述提出的多自由度避障机器人存在的振动问题,开展了柔性关节机械臂的振动抑制控制方法研究。首先建立了柔性关节串联机械臂的动力学模型,然后基于残余能量法建立了串联机械臂的振动评价函数;接下来利用粒子群优化算法（PSO）进行离线最优轨迹搜索;最后,建立了基于反向传播神经网络（BPNN）的振动抑制轨迹快速规划方法,并以基于残余能量最小原则的PSO搜索算法对BPNN进行了训练;此外,利用matlab平台仿真验证了算法有效性。该方法通过基于BP神经网络的快速轨迹规划,实现了柔性机械臂在无振动传感器反馈条件下的振动抑制,对核环境下难以安装振动反馈传感器的机器人振动抑制算法设计提供了借鉴。由于核环境对人员有较大的损伤,因此核环境的作业高度依赖机器人装备,一些复杂的作业往往需要两个机器人协作完成,例如对工件的作业需要一个机械臂夹持,另一个机械臂动作,而由于工艺要求,还需要对多机械臂协同作业的任务空间进行约束。本论文针对具有时变任务空间约束条件的双机械臂协同作业的动力学控制问题,利用Barrier Liapunov方法构建了已知模型参数下的双机械臂协同作业动力学控制器,并利用径向基神经网络构建了模型未知情况下的双机械臂协同作业动力学控制器。最后,通过仿真验证了双机械臂协同作业动力学控制器的有效性。该方法通过提出一种用于时变任务空间约束条件的双机械臂协同作业动力学控制器,实现了具有时变任务空间约束的动力学参数未知双机械臂系统的协同作业。进一步,本论文针对前述提出的核环境7自由度机械臂和9自由度机器人开展了机械系统详细设计,提出了一种具有高防护性和易维护性的机器人设计方案。针对机器人核环境适应性的关键技术进行了研究,包括高分子材料的耐辐照性能研究和机器人抗辐射加固技术研究。在此基础上,进行了系统计算选型和样机制造,并对样机进行了相关性能和功能测试,验证了设计的合理性。