绳驱动超冗余机器人具有灵活的运动能力、良好的避障能力以及较低的自重/负载比,比传统机器人更擅于在狭小、复杂、非结构化的环境中作业,因而具有较为广泛的应用前景。本文考虑绳驱动超冗余机器人的技术难点及应用场合,对其结构设计、运动学分析、轨迹规划、静力学分析、动力学分析及控制算法等方面进行研究。论文的主要工作和取得的研究成果如下:□对绳驱动超冗余机器人进行了机构设计,分析了绳驱动超冗余机器人的性能特点和设计要求,提出几种绳驱动并联单元体构型,分别探讨了其各自的性能特点,择优用于绳驱动超冗余机器人的整体设计。随后对被动解耦和主动解耦策略进行了探讨,选取恰当的解耦方式,在此基础上设计了由六个单元体串联而成的超冗余机器人构型,对机器人的布线方式进行了设计,从而得到整体结构,作为后续研究的基础。□对绳驱动超冗余机器人进行运动学分析。首先,基于闭环矢量方程建立并联单元体的运动学模型,推导出单元体关于位置逆解、速度逆解、加速度逆解以及跃度逆解的表达式,随后采用混合变异粒子群算法对运动学逆解进行求解,根据绳驱动超冗余机器人的结构特性设计了适应度函数。通过仿真算例进行了验证,结果表明混合变异粒子群算法能够求出精度较高且姿态平滑的运动学逆解。□对绳驱动超冗余机器人的轨迹规划进行研究,并在考虑机器人运动平滑性的基础上对粒子群逆解算法进行了改进。首先选用七次B样条函数对机器人运动轨迹进行插补,以保证超冗余机器人运动的连续性和平滑性,对七次B样条函数插值的公式进行了推导,作为运动学改进的基础。将轨迹规划环节与运动学逆解相结合,将关节运动幅度作为一个优化目标进行优化求解,从而得到更加平滑的运动轨迹。仿真结果验证了改进后的运动学逆解算法保证运动轨迹平滑性的效果。□对绳驱动超冗余机器人进行静力学分析。首先建立了绳驱动并联单元体的静力学模型,推导了静力平衡方程以求解绳索拉力解集,并考虑绳索拉力的优化问题,从解集中选取较优解作为静力学解。随后将静力学模型推广到绳驱动超冗余机器人整体,通过算例模拟了有负载和无负载的单元体驱动绳索拉力、整体驱动绳索拉力分布情况,验证了模型的正确性。□进行了绳驱动超冗余机器人的动力学分析和控制算法设计。在静力学分析的基础上,建立了动力学模型,分析了机器人运动过程中绳索牵引力和电机驱动力的变化规律,并通过算例进行了验证。随后研究了机器人的PD控制策略,设计了用于绳驱动超冗余机器人的单神经元PD控制算法,在Simulink中建立了绳驱动超冗余机器人的动力学模型和控制系统模型,模拟有外力干扰的运动过程进行仿真分析,结果表明了控制算法的有效性。