绳驱蛇形机器人是一种连续型机器人,其作为一种典型的仿生机器人具有良好的环境适应能力,可以在非结构化环境和狭小空间内灵活运动,采用绳索驱动可以将驱动装置和控制器置于机器人本体之外,这种方式可以有效减小机器人工作段的体积重量,使得结构紧凑,也可以保证机器人在复杂,恶劣环境下工作的可靠性。目前绳驱蛇形机器人被广泛用于灾难救援、太空探测、狭小空间内维修组装等领域。本文首先设计了一款具有16个自由度的绳驱蛇形机器人,该机器人具有8个锥节,采用24根绳索进行驱动,驱动系统采用直线导轨机构。确定结构之后,通过PROE计算机器人各部件的质量特性和位置信息,在MBdyn中进行仿真参数设定和建模。在结构设计的基础上,利用传统DH法对机器人建立杆件坐标系,并对其进行了正逆运动学分析,包括驱动空间到关节空间的运动学分析以及关节空间到操作空间的运动学分析,随后基于蒙特卡洛法求解了机器人的工作空间。在运动学分析基础上,本文建立了机械臂系统描述方法,根据等效力旋量和虚功原理对系统进行动力学分析,建立了一种绳索力到关节力矩的雅可比矩阵求解算法。在此基础上搭建了绳驱蛇形机器人的控制模型,控制率采用计算力矩法,采用二次规划求绳索力的最优解。最后对绳驱蛇形机器人两种典型运动进行了仿真分析,验证了算法的正确性。为了解决绳驱蛇形机器人在进给基座下的路径跟随的问题,设计了一种绳驱蛇形机器人末端轨迹跟随算法,首先基于三次B样条插值方法生成路径曲线,求解每一个进给步长下蛇形机器人各关节中心点在路径曲线上的位置,随后根据逆运动学求解16个关节转角,最后对平面正弦轨迹和空间螺旋线轨迹跟踪进行了仿真分析,验证了算法的正确性和跟随效果。此外还设计了一种基于人工势场法的避障轨迹规划算法,该算法在机器人末端和目标点之间建立引力势场,障碍物和机器人间建立斥力势场。在关节空间进行角度搜索得到的所有相邻关节角组合中排除使机器人和障碍物发生碰撞的角度组合,剩余组合中选择引力势能和斥力势能之和最小的关节角为下一步运动角度,并通过建立虚拟目标点的方法解决了局部最小问题。最后利用该算法成功完成了绳驱蛇形机器人的避障运动控制。