无人驾驶机器人是一种替代人类驾驶员实现车辆自动驾驶的特种作业机器人,无需对车辆进行改装,可无损安装于车辆驾驶室内,广泛应用于车辆测试试验、抢险救援、靶车移动和地面无人平台等领域。本文在课题组对无人驾驶机器人结构系统设计的基础上,针对无人驾驶机器人的非线性动力学特性分析和系统集成优化等方面内容进行了研究。首先,介绍了无人驾驶机器人的总体结构、性能指标以及驱动方式,分析了换挡机械手和驾驶机械腿的工作原理与安装调节方式。对无人驾驶机器人进行了运动学建模,并进行了运动学仿真。然后,基于L-N非线性接触力模型和改进的库伦摩擦模型建立了无人驾驶机器人关节间隙模型。建立了含多关节间隙的无人驾驶机器人运动学误差模型与非线性动力学模型。接着,进一步考虑换挡机械手和驾驶机械腿末端变负载,建立了同时考虑多关节间隙和末端变负载的无人驾驶机器人非线性动力学模型。在此基础上,对含关节间隙的无人驾驶机器人进行了非线性动力学分析,并采用庞加莱映射曲线对含关节间隙无人驾驶机器人的运动混沌现象进行了分析。接着,分析了考虑关节间隙和末端变负载多因素下的无人驾驶机器人非线性动力学特性。在手动挡试验车辆上进行了无人驾驶机器人性能试验,验证了非线性动力学模型的有效性。最后,以无人驾驶机器人操纵机构的刚度、应力和质量性能为优化目标,以操纵机构外形尺寸为设计变量,建立了无人驾驶机器人结构系统集成优化模型,基于带精英选择策略的非支配排序遗传算法对优化模型进行求解。优化结果显示,无人驾驶机器人结构性能有较大程度的提升。