相对于传统的刚性工业机械臂,采用绳索驱动的机械臂具有结构简单、功耗低、惯量低、负载自重比高、柔顺性能好等显著优点,尤其适合有着极高安全应用要求的医疗、家庭服务等领域。而基于绳驱动的多关节串联机械臂,由于绳索的走线布局,关节间会产生运动耦合问题,导致驱动精度退化,并且驱动绳索的受力伸长、绳驱动的迟滞、死区等非线性问题,使得基于绳索的精密关节控制变得困难。为此,研究绳驱动的运动解耦、传动特性,对基于绳索的精密运动控制有着极大的意义。论文主要对以下内容展开研究:首先,以多关节串联机械臂为应用对象,对绳驱动关节的运动耦合量进行分析,并据此创新性地提出一种绳索走线方案,实现绳驱动多关节间的运动解耦;然后基于该绳索走线方案,对绳驱动被动解耦关节进行模块化设计,实现多关节机械臂的快速拆装;随后从系统任务需求出发,对绳驱动串联多关节机械臂进行构型分析,并针对空间搬运的任务类型,对关节式构型机械臂中的连杆杆长参数进行优化,实现机械臂灵活度的最大化。接着,设计搭建了两自由度的运动解耦验证实验系统。为方便对绳驱动系统进行预张紧,设计了一种绳索预张紧装置,实现对绳索预紧力的精确调整;然后设计实验,分析绳驱动系统的最小预紧力与系统最大负载之间的关系,为该系统的绳索预张紧提供依据;设计实验分析两绳驱动关节的运动耦合关系,结果表明:该绳索走线方案较好地实现了关节间的运动解耦。最后,对绳索传动的摩擦模型进行研究。首先分析了绳索-定滑轮传动摩擦模型与各影响因素间的关系,并通过实验方法获取一般性的绳索-定滑轮传动摩擦模型;然后,采用微元法,基于“静摩擦+Coulomb”模型,对绳索-滑槽传动摩擦模型进行研究,并设计实验验证了该绳索-滑槽传动摩擦模型的正确性。为实现对绳驱动系统的可控驱动,对绳索-滑槽传动过程中的死区大小进行了分析。本文对绳索传动摩擦模型的分析,将为绳驱动系统精确的力位协调控制奠定基础。