随着基于新能源汽车的自动驾驶和自主代客泊车等高度自动化场景的快速发展,现有的新能源汽车用户手拿充电枪头插入充电端口的人工充电方式开始向解放用户双手的自动充电方式转变。目前,现有的自动充电机器人主要存在如下缺点:插接柔性差、有效载荷-重量比低、防护等级低和成本高,难以大规模部署。为克服上述缺点,本文借鉴绳索驱动机器人柔性高、有效载荷-重量比高、易于防护和成本低等特点,开展新能源汽车自动充电用绳索驱动机器人设计、充电枪头定位控制和插接控制等方面的研究。明确了自动充电场景的关键要素:新能源汽车、充电端口、充电枪头、自动充电机器人和车位线,分析了三维空间下的六种泊车误差:前后、左右、上下、横滚、俯仰和偏航,认为车辆俯仰误差对插接影响可忽略,建立了基于泊车误差的关键要素间的位姿关系模型,提出了自动充电机器人性能指标。据此,研制了基于绳索驱动的自动充电机器人,其构型特征包括:移动平台、平面三自由度绳索驱动机械臂和被动柔性枪头,该构型实现了对五种泊车误差的适应。优化了杆件参数,获得了最大插接工作空间。设计了具有两根冗余绳索的绳索系统,获得了调控插接柔性的能力。设计了基于电机-滚珠丝杠的驱动-传动系统,克服了现有自动充电机器人防护等级低,成本高的缺点。最后,建立了关节空间、操作空间、绳索空间和电机空间的运动学和微分运动学模型以及系统动力学模型。针对系统参数种类杂、数量多和参数间关系复杂而导致的绳索系统描述难的问题,在满足清晰性、完备性和协同性的设计要求下,提出了基于结构体概念的绳索驱动机器人系统描述方法。该方法具有可读性强、参数化程度高和整体性强的特点,为其他绳索驱动系统的描述建立了良好基础。针对自动充电机器人传动系统、杆件和绳索系统存在的尺寸误差和装配误差会降低机器人的运动性能的问题,提出了一种基于增量式电机编码器测量值的参数自标定算法,实现了对驱动传动系统参数、杆件参数和绳索参数（绳索附着点、绳索初始长度）的同时标定,校正了关节编码器的测量值。使用基于上述被标定参数的绳索长度运动学模型,开展了自动充电机器人的标定前后参数的多次往复轨迹跟踪对比实验,实验结果验证了标定后参数对提升轨迹跟踪性能的有效性和所提出标定算法的正确性。针对自动充电用绳索驱动机器人的结构形式,划分了两个被控子系统:绳索驱动机械臂子系统和电机-滚珠丝杠子系统,明确了两个子系统的被控变量:关节位置和绳索张力,提出了针对两个被控变量的控制器:关节位置控制器和绳索张力控制器。为避免绳索驱动的低刚度对连接定位精度产生影响,在不改变关节位置控制器关节力矩输出的前提下,提出了通过改变绳索张力来调节系统刚度的刚度调节器。针对关节位置控制器,提出了包含基于自适应参数的逆动力学补偿项、关节位置误差反馈项和抵消系统不确定的鲁棒特性项的系统不确定性上界已知和未知情形下的两种自适应鲁棒控制策略。使用李雅普诺夫稳定性理论证明了两种控制策略对关节位置误差分别具有渐进稳定性和最终一致有界稳定性,证明过程形成了确保稳定性成立的各自的控制参数约束条件,后者的参数约束与系统不确定性上界无关。两种关节位置控制策略与绳索张力控制策略和刚度调节策略组合形成了自动充电机器人充电枪头的两种连接定位运动控制策略,证明了连接定位控制策略对关节位置误差和绳索张力误差具有稳定性。开展了与传统PD加惯性补偿策略对比的充电枪头连接定位实验,实验结果表明所提出的控制策略有效地提升了连接定位精度,满足了自动充电场景下的连接定位精度要求。分析了充电枪头插接充电端口的运动约束,得出了运动约束的选择矩阵表达形式,基于此建立了基于柔性机构的充电枪头插接模型,得出了插接可控力变量（柔性机构弹性力/力矩）和运动变量（末端杆件速度）的力参数形式和位置参数形式,推导了关于插接接触力的柔性机构弹性力/力矩方程以及关于绳索张力和关节位置的插接运动方程。基于插接运动方程,提出了基于绳索张力测量值和关节编码器测量值的柔性机构弹性力/力矩表征算法,实现了对传统六维力/力矩传感器的等效替代。在上述基础上,提出了一种基于力/位混合控制的充电枪头插接控制策略,策略包含了基于插接运动方程的逆动力学控制律,柔性机构柔度矩阵精确值未知情形下的力参数控制律和位置参数控制律以及绳索驱动机械臂系统刚柔协调策略,证明了控制策略对力参数误差和位置参数误差的稳定性。建立了控制策略的插接性能评价指标,开展了充电枪头插接实验,使用实验结果计算了各项性能指标,验证了所提出插接控制策略的正确性和有效性。