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重载锻造操作机是一种大尺寸，大惯量，大承载的工业机器人，主要应用于锻压车间内，配合万吨水压机来完成重达几十吨甚至几百吨锻件的自由锻造。锻造操作机的自身特点以及其极端的应用背景对各个方面都提出了技术挑战，包括如何在满足工艺要求的前提下选择一种驱动方式比较简单的构型、在具有冗余自由度的情况下如何确定锻造操作机抓取锻件之后的位姿、如何改善传统运动学参数标定方法在面对复杂机构时的劣势、面对冗余驱动和过约束问题时如何对机构进行动力学参数辨识等。本论文提出了一个用于评价锻造操作机构型的运动耦合复杂度指标，分析了其偏转机构的运动学正问题，利用机构特性对锻造操作机进行了运动学参数分层递进式标定以及动力学参数辨识，具体内容如下：（1）利用添加虚拟约束的方法，将锻造操作机的偏转机构由原来的欠驱动三自由度机构转变为一个拥有两个驱动和两个自由度的机构，对其运动学正问题进行数值求解；之后将虚拟约束沿着受约束方向移动至密集的离散点处，分别计算出受约束机构的运动学正解；从中找出一个重力势能最低的机构，这个机构的运动学正解就是要求解的欠驱动机构的运动学正解。（2）根据锻造操作机的速度关系矩阵，提出了运动耦合复杂度（KCC）的概念，将速度关系矩阵中包含的机构运动特征进行量化，以此来体现不同机构之间的运动耦合差别。为了能够使得KCC这个评价指标比较全面，我们考虑了三个方面的因素：KCC s反映矩阵中非零元素的数目比例，KCCe反映矩阵中非零元素分布的均匀程度，KCCd反映矩阵的群解耦程度。（3）提出了锻造操作机的分层递进式运动学参数标定方法，采用这种标定方法的前提是机构的运动耦合复杂度比较小，甚至机构的几个末端运动之间是相互独立的。在进行分层递进式运动学参数标定时，其约束方程比传统的整体标定方法简单，在迭代次数和迭代时间两个方面都有比较大的优势。（4）提出了针对锻造操作机的动力学参数辨识方法。俯仰机构的质心位置不处于正中位置，由此产生的影响通过冗余驱动控制方法施加于提升机构；在提升机构的动力学参数辨识过程中考虑了由制造误差所导致的四个旋转轴的过约束影响；通过改进的牛顿欧拉方法以及最小二乘法对整个机构的动力学参数进行辨识。最后还分析了锻造操作机加载之后的情况，可以辨识出锻件的相关动力学参数。