本文研制了一款21自由度绳驱动超冗余机器人,分析了其运动学多层级关系,针对运动学模型中存在的参数误差进行了标定,研究了相关轨迹规划技术,搭建了绳驱动超冗余机器人实验样机平台,验证了所设计的超冗余机器人运动学性能及所提出的轨迹规划算法的正确性。针对狭窄环境下的操作任务需求,确定了超冗余机器人的功能和性能指标要求,以短连杆、万向关节、绳索驱动为方案设计了一款21自由度超冗余机器人。该机器人由水平滑台、蛇形臂和驱动模组组成。水平滑台为超冗余机器人提供直线运动能力;蛇形臂由10个2自由度的模块化关节串联组成,共具有20个关节自由度的运动能力,全长1482mm,连杆直径53mm,工作范围为XY方向1.3m,Z方向3.5m;驱动模组为30个电机丝杠模块,每个电机丝杠模块负责控制1根驱动绳索,通过电机的直线运动,实现对蛇形臂部分俯仰、偏航方向运动的控制。针对所设计的超冗余机器人,分析了绳索空间与关节空间、关节空间与任务空间的运动学关系,标定了运动学模型参数误差。采用改进的D-H参数法建立了超冗余机器人正向运动学模型,根据坐标齐次变换关系建立了机器人在绳索驱动空间、关节空间、任务空间的多层级映射关系。基于机器人运动学模型,结合D-H参数与末端位置的微分映射关系,建立了机器人运动学参数误差模型,标定了机器人运动学参数误差。针对超冗余机器人在狭窄环境下的轨迹规划方法开展了研究,提出了一种可获得柔顺臂型的超冗余机器人高效逆解方法及避障轨迹规划方法。采用梯度下降法的思想获得了初始解,将算法求解空间限定在初始解附近的狭窄区域内,基于粒子群算法建立了优化模型进行迭代优化求解。通过仿真实验验证了所提出方法在求解精度、臂型柔顺性方面相比递减权重PSO和随机权重PSO方法提高了60%以上,在求解效率方面相比于雅克比伪逆法提高了90%以上。同时,针对狭窄障碍环境下的避障轨迹规划问题,开展了基于雅克比伪逆法的避障轨迹规划研究。搭建了超冗余机器人实验样机平台,基于Twin CAT系统开发了机器人控制系统。进行了运动学逆解实验、运动规划算法验证实验,验证了所设计超冗余机器人良好的空间运动能力以及所提出的轨迹规划算法的有效性。