随着科技的进步，机器人技术已经在工业、军事、制造业以及医疗等领域得到了广泛应用。在航空航天、汽车造船等对精确性和安全性要求极高的工业军事领域中，经常需要利用机械臂对大型轻薄金属板或者细长柔性梁进行搬运或者加工。比如，在汽车工业中，为了将汽车上的柔性金属板装配成工件，需要设计复杂的夹具，当汽车体发生微小改变时，就要重新对夹具进行设计，而夹具的设计通常要耗费巨大的人力和物力。这就需要用机械臂代替夹具，对于形状改变时不必对硬件进行重新设计，只需修改程序中的任务目标即可。在航天领域中，需要依靠空间机器人对飞行器进行维护和更换失效的电池，并且电池板大都由柔性材料做成的，操作过程中避免不了振动，因此对机器人的控制必须考虑振动的耦合特性。此外，在其他工业领域，许多部件都具有柔性，利用机械臂完成这项工作可以使效率和安全性得到很大的提高，因此对机械臂操作柔性负载进行研究具有重要的理论意义和工程应用价值。机械臂操作柔性负载是非线性、刚柔耦合、无穷维的复杂动力学系统。不仅包含大范围的刚性运动，又含有局部弹性变形。相比于操作刚性负载，机械臂操作柔性负载的研究成果还较少，还有很多有待解决的问题。比如机械臂在完成搬运、装配等操作任务时的位置控制问题，以及在位置控制同时还面临着振动抑制的难题；在实际操作中，系统存在的不确定因素和外部干扰，以及机械臂与柔性负载接触时彼此之间产生的作用力问题，这些都增加了系统的动力学分析和控制的复杂性。从国内外的研究现状来看，对于含有柔性结构的系统，很多学者基于其简化的集中参数模型来进行系统分析和控制器设计，然而由于模型的简化会给系统带来控制/观测溢出问题，因此对于机械臂操作柔性负载的分布参数模型的研究是十分重要和有意义的。本文以机械臂操作柔性负载为研究对象，基于分布参数模型，不进行有限维近似，避免了由集中参数模型而导致的溢出问题。研究了机械臂操作柔性负载系统的位置控制问题、无穷维观测器设计问题、基于系统存在不确定性和外部干扰时的鲁棒控制策略问题，以及双机械臂协调操作柔性负载的力/位置控制问题。全文的主要内容和研究工作如下：针对机械臂操作柔性负载系统，研究基于分布参数模型的位置控制方法，利用系统的总能量，由Lyapunov函数构造了静态反馈位置控制器，证明了闭环系统的主算子可以生成一个C0半群，从而由LaSalle不变集原理证明了系统在期望位置邻域内的渐近稳定性。使得系统的关节角达到期望位置的同时抑制柔性负载的振动。由于在负载上安装传感器不现实，设计了非线性无穷维观测器来估计负载的振动信息，并且在所提出观测器的基础上设计了控制器，分析了观测器的渐近稳定性。仿真结果验证了所设计控制方法的有效性。考虑系统存在不确定性以及外部干扰时的位置控制问题。基于对柔性负载的能量分析，设计了滑模控制方法，其中滑模面是由关节角误差、角速度误差和负载的振动信息耦合组成。当系统的不确定参数上界未知时，设计了自适应滑模控制方法，估计其未知的上界。利用正实引理将动态反馈控制方法引入机械臂操作柔性负载系统中，使得系统在设计时具有更多的自由度。由半群理论以及LaSalle不变集原理，证明了系统的渐近稳定性。针对双机械臂协调操作柔性负载系统，研究基于分布参数模型的力/位置控制方法。根据对系统的静态分析，利用Lyapunov函数提出了力/位置控制器，使得系统的关节角和力达到期望值，并抑制柔性负载的振动。考虑当系统存在参数不确定性时，设计了滑模力/位置控制方法，证明了闭环系统是Lyapunov稳定的。最后，总结本文的工作，结合本人在分布参数系统、柔性体系统、以及机械臂操作系统的研究心得，做出对未来的展望和下一步的研究计划。