随着航空、航天以及核电等领域的快速发展,对大型航天器、飞机以及核设施等设备的日常维护维修工作需求日益突出。但由于狭窄的工作空间和极高低温、高辐射等恶劣环境,该项工作开展显得异常困难。鉴于绳驱连续型机器人具有体型纤细、臂型连续、机电分离等特点以及超强的灵巧运动和环境适应能力,在此类极限环境下应用具有卓越的潜力。然而,要将绳驱连续型机器人在上述领域中进行实际应用,还需要解决其目前存在的结构刚度低、模型复杂、运动规划及控制难等问题。针对上述问题,本文提出了一种面向狭小空间作业的主被动混合驱动的高刚度和负载的绳驱分段联动冗余机器人,并以其为研究对象开展了结构设计与建模、轨迹规划、动力学控制和实验验证等研究。针对绳驱分段连续型机器人存在的刚度低、负载能力弱的问题,提出了一种主被动混合驱动分段联动的结构。一般的连续型机器人由于结构中采用了弹性体作为支撑,而导致了其机械臂刚度和负载能力不高的缺点。由此,本文采用了联动绳索来替代弹性体,实现了关节段内的所有双自由度关节的联动以及每个连杆的全约束,具有电机数目少、刚度和负载能力高等特点。因此,基于该结构的绳驱分段联动机械臂具有许多优点,一方面其避开了弹性体的使用,提高了连续型机器人结构刚度;另一方面通过子关节联动可以实现关节段的“恒曲率”弯曲,简化了机械臂的模型。因此,应用本文提出的新结构,不仅可以提高机械臂的模型精度,还可以有效地提高其刚度和负载能力。针对绳驱分段联动机器人逆运动学求解和构型规划存在的易奇异和效率低问题,提出了一种基于两层几何迭代的快速逆运动学求解和轨迹规划方法。由于绳驱连续型机器人的大量关节,传统的基于雅克比伪逆的逆运动学求解和规划方法需要大量的矩阵运算,存在着易奇异和效率低的问题。针对这些问题,本文提出了几何迭代的方法,具有计算效率高以及无奇异问题等优点。一方面该方法将末端姿态拆解成一个特定向量和绕其旋转的角度,而前者和末端位置,作为内层几何迭代的求解目标,后者作为外层求解的变量。另一方面,该方法将绳驱分段联动冗余机械臂简化成离散关节型臂,以使其适用于FABRIK（Forward And Backward Reaching Inverse Kinematics）几何迭代法,实现高效地逆运动学求解。仿真结果表明,该方法具有快速逆运动学求解和规划的能力,即使是在奇异位置附近,也具有良好的特性。进一步地,为了更加发挥绳驱分段联动机器人的冗余特性,适应更复杂的任务构型,提出了一种基于扩展虚拟关节的逆运动学求解和避障规划方法。考虑到绳驱机械臂的严格约束工作环境和特殊自由度配置导致的末端位姿和构型间强耦合关系,本文引入了等效的虚拟关节,一方面其可以实现区域范围内快速搜索;另一方面可以通过给系统增加虚拟的自由度,来放开一定的方程约束条件以增加有效解的数量。本文所提的方法,根据作业任务及环境空间,等效成一系列虚拟关节的组合。进一步地结合机械臂和等效的虚拟关节,该方法具有了很多优势。一方面可以根据给定的狭小空间范围,对机械臂的末端适当地放宽求解的约束条件;另一方面也能同时地对局部构型增加一定的约束,防止碰撞。通过典型任务的仿真结果,验证了该方法对狭小空间避障下的机械臂末端和局部构型逆运动学求解和规划的有效性。针对绳驱分段联动冗余机器人存在的强耦合、高非线性和冗余自由度等导致的其控制难问题,本文提出了一种基于动力学前馈的PD控制方法。考虑到该机器人中存在着大量的驱动和联动绳索,本文首先地将驱动绳索、联动绳索和连杆等受力进行了简化。鉴于牛顿-欧拉方法动力学建模的高效率性,本文推导了该机器人的递归动力学方程,并结合段内等角度联动的结构特点,以最小驱动绳索力为优化目标,求解出关节段的驱动绳索最优化力,完成整个机器人的动力学建模。进一步地,本文根据建立的动力学模型,提出了基于动力学前馈的PD控制方法,实现该机器人的闭环动力学控制。通过Adams+Matlab联合仿真,证明了本文对绳驱分段联动冗余机械臂的动力学建模准确性和所提的控制方法的有效性。最后,为了验证本文所提的高刚度和负载的绳驱分段联动冗余机器人,本文开发了该样机和实验系统,并进一步开展了关于该机器人的刚度、负载、关节联动精度等性能实验。基于性能的验证基础上,本文还进一步地对所提的算法,进行动力学实验验证和典型的狭小空间下穿越避障实验验证,其结果验证了本文所提出的主被动联动结构对刚度和负载提高的有效性,以及本文所提的相关算法对绳驱分段联动冗余机器人规划控制的有效性和适用性。