液压搬运机器人作为特种工业机器人的一种,可满足高危环境下远距离抓取、搬运、负重上下坡及遥控行走等功能需求,同时通过液压手腕更换末端属具实现一定的通用性。本文在研究大负载液压搬运机器人时,考虑到机器人工作装置工作过程中由于惯性作用造成系统较大的超调和频繁震荡,同时机器人位姿变化引起机器人各臂驱动油缸等效质量变化,从而对液压系统稳定性及位置控制性能造成影响。对此,本文以电液比例伺服控制技术展开,结合现代控制理论、机器人运动学与动力学及机电液联合仿真等技术,对液压搬运机器人机械臂控制系统进行研究,并设计相关控策略,从而实现机械臂垂直抓取目标物体的同时保证机械臂的低超调位置控制。首先分析了液压搬运机器人液压控制系统组成,对电液比例位置伺服系统进行数学建模,得到阀控非对称液压缸位置控制系统传递函数,并了解到位置控制系统传递函数主要与等效负载质量有关。建立了液压搬运机器人Virtual.Lab motion动力学模型,获取相关机械参数及动力学参数,推导了各臂油缸等效负载质量及其液压固有频率随油缸行程的变化关系,得到为接下来的控制策略设计提供系统模型参数。其次,介绍了液压搬运机器人相关空间描述,并在机械臂各杆件建立坐标系,利用标准D-H法推导出正运动学方程,得到末端抓具相对基坐标系的位姿矩阵,并采用基于数值解的蒙特卡洛法求解机械臂工作空间点图。在ROS平台中搭建仿真平台,进行Move It!工具包进行相关配置,利用Python接口设置目标路点后进行笛卡尔空间轨迹规划,实现机器人垂直抓取目标物体的轨迹规划及逆运动学解算,对机器人关节空间与驱动空间进行转化,得到各臂油缸行程目标曲线,为后文进行机械臂位置控制策略研究做铺垫。最后,详细介绍了基于N4SID的三阶自抗扰控制器设计过程,以二臂油缸为研究对象,首先在MATLAB/Simulink平台建立系统仿真模型,利用PID控制与所设计的控制器进行位置跟踪性能、外加扰动分析及加入噪声等对比分析。为模拟机器人实际运动工况,建立了Virtual.Lab motion机械模型、AMESim液压模型与MATLAB/Simulink控制系统模型的联合仿真模型,采用机电液联合仿真的方法对所设计的控制器进行控制效果分析。