传统机器人由于结构限制难以在狭窄非结构化环境执行预设任务,而连续体机器人相对于传统机器人其构型拥有无限冗余特性。无限冗余特性使得连续体机器人在拥塞的环境中有着极佳的柔顺适应性,其柔顺特性使其在狭窄拥塞的非结构化环境中彰显出广阔的应用前景。但无限冗余特性也给连续体机器人建模、跟踪控制带来了巨大挑战。本文以多段连续体机器人为研究对象,通过仿真与实验对其运动学和跟踪控制展开相关研究,主要工作如下:为了描述连续体机器人的构型位姿,在常曲率假设的基础上,应用指数积公式及几何关系推导了多段连续体机器人正运动学,将运动学模型通过数值仿真与有限元仿真进行了相应的对比分析。提出一种多段连续体机器人逆运动学求解方法,利用单位四元数表示连续体机器人各关节点姿态,推导出三段连续体机器人的逆运动学方程并求得其数值解,运用几何近似离散的方法将上述方法拓展至多段连续体机器人,最后进行了数值仿真验证了算法的准确性。为了验证推导的理论算法,设计、制作了线驱动三段连续体机器人原理样机。其中,机器人执行体部分以镍钛合金杆为主体,等间距固定限位圆盘;驱动部分采用步进电机和丝杠滑块的组合,在滑块上固定钢索通过导线管连接至执行体;控制系统是在固高控制方案的基础上进一步开发,根据运动学算法编写程序控制电机,在电机的驱动下实现机器人执行体的弯曲运动。最后对原理样机进行工作空间分析及实验分析,验证原理样机的可靠性。为了实现连续体机器人从起始点到目标点的无碰撞运动,将障碍物通过球包围方法进行简化,采用多项式样条曲线拟合方法结合碰撞点偏移的避障方法为连续体机器人进行路径规划。将连续体机器人路径跟踪问题分为基座可移动和基座不可移动两类,分别对其进行跟踪方案研究。对于连续体机器人基座可移动的情况,提出一种基于预测查找的路径跟踪方法。方法将路径离散化并预测下一时刻连续体机器人关节点可能的落点,选取其中误差最小的解作为下一时刻的解,依次迭代最终完成路径跟踪。对于连续体机器人基座不可移动的情况,采用基于人工势场法的路径跟踪方法,通过构造引力场、斥力场和导向力场同时作用于连续体机器人关节点,随后通过雅可比矩阵将作用于关节点的合力转换至构型参数,从而实现对机器人的整体规划,使关节点沿预定路径运动。对上述算法进行数值仿真分析,验证算法的可行性。最后将跟踪方法实际应用于原理样机,进一步验证方法的有效性。