受人体手臂结构的启发,本课题设计了一种模块化绳索驱动仿生机器人臂,该机器人臂由三自由度肩关节、单自由度肘关节和三自由度腕关节依次串联而成,其中每一个关节模块都是一种绳索驱动并联机构,动平台和定平台之间通过被动关节相连,并采用轻质绳索代替刚性杆件传递驱动力,绳索的驱动单元都安装在机器人臂底座上,因此,模块化绳索驱动仿生机器人臂具有质量轻、转动惯量小、载重/自重比高、工作空间大、刚度可变、安全性高等特点,特别适合机器人与人协作的应用场景,具有重要的研究意义和应用价值。本课题主要研究了模块化绳索驱动仿生机器人臂的设计学、运动学、静力学、刚度、绳索张力分配等关键问题,重点研究模块化绳索驱动仿生机器人臂的刚度特性,提出了一套系统的建模和分析方法。本课题的主要工作和贡献归纳如下:一、借鉴人体手臂的结构,设计了一种模块化、绳索驱动、刚度可变的仿生机器人臂。同时,为了增大驱动绳索的刚度变化范围,提出了一种基于扭簧的结构紧凑、安装方便的新型变刚度装置,将它串联在驱动绳索末端,可以有效提高机器人臂的柔顺性和安全性。二、建立了绳索驱动关节模块的运动学、静力学和刚度模型,并进行了系统的分析。由于绳索驱动关节模块的冗余驱动特性,当关节模块在外载荷作用下处于平衡位姿时,它的驱动绳索张力是多解的,通过调节驱动绳索的张力可以调节关节模块的刚度,体现关节模块的变刚度特性。三、三自由度关节模块是一种低刚度系统,并且它的动平台运动轨迹是流形SO（3）上的一条曲线,当外载荷变化时,关节模块的动平台会产生较大的位姿变化,采用传统的刚度辨识方法会产生较大的误差。因此,本课题在流形SO（3）上研究三自由度关节模块的运动和受力情况,并在流形SO（3）上引入了度量矩阵、Levi-Civita联络和协变导数,在流形SO（3）重新建立了它的刚度模型,基于刚度模型的近似表达式和最小二乘法,提出了一种高精度的三自由度关节模块的刚度辨识方法。四、为了实现机器人臂关节模块的刚度控制,提出了关节模块的面向刚度的绳索张力分配方法。其中,三自由度关节模块的刚度模型比较复杂,难以直接根据期望刚度计算出绳索张力,因此建立三自由度关节模块刚度矩阵的优化模型,利用关节模块的冗余驱动特性和静力学平衡方程,减少决策变量,消去等式约束,简化优化模型。由于优化模型的目标函数比较复杂,难以计算它的梯度,因此,常用的基于梯度的优化算法不适合求解该优化模型,本课题对传统的Nelder-Mead算法进行了改进,将它应用于含不等式约束的非线性优化模型,从而得到驱动绳索的最优张力。五、在关节模块刚度建模的基础上,建立了模块化绳索驱动仿生机器人臂末端刚度与各个关节模块刚度的关系,同时,为了实现模块化绳索驱动仿生机器人臂的刚度控制,研究了机器人臂的刚度分配方法。由于机器人臂的刚度模型比较复杂,因此,通过建立刚度矩阵的优化模型来求解。利用机器人臂的冗余驱动特性和静力学平衡方程,减少决策变量,消去等式约束,简化优化模型,最后采用改进的Nelder-Mead算法求解优化模型,得到各个关节模块的刚度。综上所述,本课题对模块化绳索驱动仿生机器人臂的设计、建模和分析进行了系统研究,重点围绕机器人臂的刚度特性,解决了关节模块的刚度建模、关节模块的刚度辨识、关节模块的绳索张力分配、机器人臂的刚度建模和刚度分配等关键问题,为模块化绳索驱动仿生机器人臂的深入研究和实际应用奠定基础。