与传统的关节式机械臂相比,绳驱类型的机械臂其驱动电机、减速器等集中放置于控制箱内,因而操作臂部分质量轻、惯量小,可以实现更大的载荷自重比,且安全性更高。然而,由于绳索驱动本身存在的传动链路长,摩擦、间隙等非线性因素的影响大,传统绳驱机械臂的末端精度较低、控制也更加复杂。为保持其优点、克服其缺点,本文研制了一种具有传统关节式机械臂特点的绳驱七自由度仿人机械臂,并研究其运动学建立和运动控制方法,并进行了样机性能测试和实验验证。以作业任务中的操作安全性和快速响应性为目标,提出一种轻质量、低惯量的绳驱七自由度仿人机械臂结构及机构方案,并完成了详细设计。面向典型任务中的人机协同操作的任务场景分析其功能和性能要求,确定机械臂的技术指标,进而设计绳驱仿人机械臂的整体结构,包括肩、肘、腕三个部分。采用模块式思想,分别设计基于闭环绳索驱动的二维肩、轴关节和三维腕部关节,并分析关节运动特性和驱动解耦特性。同时,在运动副上配置编码器检测关节位置,有效提升控制精度。根据前面所设计的绳驱仿人机械臂结构特点,分析其“驱动空间-关节空间-任务空间”的多重映射关系并建立相应的正、逆运动学模型。通过分析肘部和腕部拮抗关节的运动规律,推导驱动空间-关节空间的等效正逆运动学模型;采用最小方差与梯度投影相结合的雅可比矩阵伪逆法求解关节空间-任务空间的逆运动学。进一步地,分析机械臂末端与各关节之间的静力学关系,针对不同关节以及不同时刻的关节状态建立张力放大机构的等效刚度模型;针对机械臂典型应用场景规划其末端轨迹,开发运动控制系统并实现前述运动学求解及轨迹规划算法。最后,完成绳驱七自由度仿人机械臂样机的集成,开展了关节精度测试、末端精度测试、负载测试,以及典型操作任务的轨迹规划及运动控制试验。实验结果表明,所研制的机械臂具有运动灵活、定位精度高等特点。