绳驱蛇形机械臂是一种具有多个自由度的连续性机械臂,具有高度灵活的特点,可以在狭窄、结构复杂、恶劣的工作环境中进行作业,因此可以被广泛的应用于航空、航天、核电等重要领域。飞机油箱为密闭腔体结构,入口狭窄,内部管路排列复杂,难以使用普通机械臂进行探测和检修,目前多采用人工探测方案,但这不仅效率低,对人身体还有极大损伤。传统机械臂由于自身自由度少无法进入其中,而蛇形机械臂完全可以依靠其灵活的特点进入飞机油箱进行探测和检修。目前已有很多研究人员对蛇形机械臂进行了研究,但对于蛇形臂在狭小空间的轨迹规划和运动控制方面研究较少。本文针对以上问题,对绳驱蛇形机械臂的结构设计、运动学与动力学建模、轨迹规划和运动控制展开研究:首先本文设计了一款由八个锥节串联构成的绳驱蛇形机械臂,八个锥节根据进入油箱探测的需求,设计为前面锥节较长后面锥节较短的构型,共由24根驱动绳控制关节的运动,绳索由直流电机和丝杠组成的驱动模组拉动。并对所设计的机构运用传统的DH法进行了运动学分析。利用虚位移原理推导出了关节虚拟力矩与绳索拉力的关系,并用Newton-Euler方程对蛇形臂进行了动力学建模。其次为了解决绳驱蛇形机械臂进入飞机油箱的轨迹规划问题,使用FABRIK方法对末端路径进行规划。利用蛇形臂的超冗余自由度实现零空间自运动的避障方法。结合蛇形臂多连杆串联结构的特点,设计了一种末端轨迹跟随的算法。然后针对绳驱蛇形机械臂抗干扰能力弱,控制精度不高的问题,在计算力矩法的基础上,设计了模糊滑模控制系统,并对绳驱蛇形机械臂的末端画圆运动和正弦跟随运动两种典型运动进行了仿真分析。结果表明所设计的控制系统可以大幅的提高控制精度的和抗干扰能力。最后面对绳驱蛇形机械臂进入飞机油箱进行探测的需求,先利用所设计的轨迹规划算法规划出蛇形臂进入飞机油箱的轨迹,再利用所设计的控制系统对蛇形机械臂进行运动控制,并利用开发的绳驱蛇形臂实验样机进行实验验证。实验结果与仿真结果对比,验证了前文建立的蛇形机械臂的运动学和动力学模型的准确性,所设计的轨迹规划方法的有效性以及所设计控制系统的稳定性和准确性。