在现代信息技术的有力推动下,机器人技术迅猛发展,特殊用途机器人的研究更是各国竞相发展的重点。超冗余度机器人由于能够克服传统非冗余度机器人的缺陷,提高机器人的灵活度,回避障碍,有着很好的容错性和鲁棒性,所以成为机器人研究的一个重要方向。本文在分析各种超冗余度构型的基础上,选择变几何桁架结构作为超冗余度机器人的主要结构,同时为了增加机器人的三维操作能力,在各桁架模块之间增加了模块化驱动单元;根据机器人的性能要求对组成的元器件进行了选择和设计,并且用Pro/E软件对机器人进行了三维建模。文中阐述了适合超冗余度机器人的运动学算法—脊线法,推导出了与超冗余度变几何桁架机器人相适应的“嵌入算法”。根据无肢动物爬行机理,本文运用脊线法详细规划了三种二维爬行方式:变幅静止波运动(SWAV)、常幅移动波运动(TWAC)、桁架杆伸缩运动和两种三维爬行方式:仿蛇形蜿蜒运动、TWAC爬行避障,发展了适合不平坦表面的蜿蜒运动理论。超冗余度平面变几何桁架机器人除了可以实现爬行运动之外,也可以作为机械臂来完成许多一般冗余度机器人所不能完成的操作。本文对已有的脊线法进行了改进,提出了“区域脊线法”;运用改进的脊线法进行了包围抓取转动物体操作,相比传统脊线法提高了计算效率。通过对机器人整体形状进行运动规划,实现了在高约束环境下的避障,并且对桁架空间和关节空间两种避障情景进行了对比。在运动仿真方面,首先通过MATLAB软件编程预算了各个运动形式在各个时刻点的机器人构型,然后用VC++软件进行了大量的编程计算,利用得到的数据在ADAMS软件下进行了仿真,验证了各种运动形式的运动学理论的正确性。