随着机器人技术的不断进步，越来越多的机器人被应用到军事、航天、医疗等领域。日本福岛核事故发生后，众多先进机器人被投入到救援当中，救援过程展现出了机器人的优势，也暴露出了机器人在复杂环境下作业的许多问题。本文将针对核事故救援当中的常见工作任务设计一款具有六自由度机械臂的力学测试平台，主要完成以下工作。首先，完成了力学测试平台的方案设计。从硬件组成、软件组成及通信接口三个方面分别进行设计。对市面上销售的常见机械臂进行了分析并选型。对末端主要任务及受力状态进行分析选择合适的力传感器。完成电源及移动机构的选择。对机械臂与移动机构之间的连接部分的主要尺寸进行分析设计。通过对雅阁比矩阵奇异性分析获得满足要求的末端布置位置。其次，推导了六自由度机械臂的运动学模型。通过分析关节角速度对末端运动速度的贡献计算了雅阁比矩阵的显式表达。运动拉格朗日方法计算了机械臂的动力学方程，编写了相应程序。完成了对机械臂末端力传感器初始数值的补偿，可通过力传感器准确获得机械臂末端的接触力。然后，运用设计的力学测试平台及推导的数学模型进行开门动作分析。规划了开门过程中笛卡尔空间的轨迹。选取了两种不同的开门姿态进行对比，分析了两种姿态开门过程中关节受力情况及运动情况。对按门把手过程进行仿真，分析了不同机械臂布置位置、不同质量、不同摩擦因数对按门把手过程的影响。分析了机械臂工作空间对拧阀门高度的影响，对拧阀门过程进行了仿真。最后，对机械臂要实现的三个主要任务：开门、拧阀门、更换末端装置进行了分析，为每个任务的不同工作阶段选择了合适的控制方式。对基于模型的计算力矩控制方式以及不基于模型的单关节PID独立控制方式进行了设计及仿真，对给定轨迹有良好的跟踪效果。针对自动更换末端任务设计了基于位置控制的柔顺控制方式，使得机械臂的末端可以在导引平面的导向下顺利进入操作末端，进而完成末端更换任务。