该文以开发狭长管道喷漆机械手为目标,系统地研究了该机械手的尺寸优化设计、动力学分析,以及计算扭矩控制和鲁棒控制等问题,取得了如下成果:□根据实际工况,设计了一种四自由度喷漆机械手,由灵活度分析优化出了机械手各手臂尺寸,并由此给出沿圆形和方形截面轨迹运动时各关节角位移的变化规律.这一工作为喷漆机械手的动力学分析和数控系统设计提供了重要的理论依据.□采用牛顿-欧拉方程法建立了喷漆机械手的刚体动力学模型,为伺服进给电机的选择提供理论依据.在此基础上,考虑喷漆机械手末端偏心,给出喷漆机械手运动过程中伸缩悬臂末端的振动响应,进而为喷漆过程中系统的减振奠定基础.□根据喷漆机械手动力学模型,引入非线性反馈补偿,使补偿后系统动态呈线性关系,据此分别设计了传统的PID控制器和最优计算扭矩控制器,以保证跟踪误差取极小值,并通过计算机仿真给出圆形和方形两种不同截面轨迹对大、小臂运动稳定性的影响规律.□基于广义坐标下的动力学方程提出机器人的固有特性,然后根据现代控制理论中的非线性系统线性反馈理论,考虑实际控制系统存在的模型误差和外界干扰,设计了鲁棒控制器,保证辅助信号的终值有界和跟踪误差的一致终值有界,并且通过与计算扭矩控制相比较,表明鲁棒控制可以使大、小臂位置误差明显减小,且收敛速度明显加快.