张拉整体结构是指一种由受拉单元和受压单元连接组成的一种刚柔混合结构,具有柔性、轻质、耐冲击等特点,与生物体的肌肉骨骼系统有着相似的特性。近年来仿生张拉整体结构开始受到越来越多的研究与关注,与传统刚性结构相比,张拉整体结构在灵活性、适应性上有着更大的优势,在柔性和仿生机器人领域张拉整体结构有着极大的应用价值。现阶段张拉整体结构的研究仍存在诸多亟待解决的问题,对仿生张拉整体结构的研究也处于探索阶段,本课题参考人体上肢结构,提出了一种基于张拉整体结构的仿人上肢结构,对其找形、运动学、刚度计算等问题进行了理论研究,实现了对结构的静力学求解以及末端轨迹的跟踪,并构建了一种实用的仿真与控制平台,为将张拉整体结构进一步应用于上肢结构奠定了基础。课题首先对该张拉整体上肢结构进行了设计与分析,在介绍现有上肢结构关节处灵活性不足的基础上,应用两种张拉铰结构分别作为肘关节和肩关节,使得肘关节具有一个旋转自由度,肩关节具有两个旋转自由度,并实现了较大的运动范围。其次,为获得上肢结构在不同绳索内力下的平衡位置,本文提出了一种拟动力学的找形算法,给出了虚拟参数的选择方法,实现了不同绳索内力下的有效找形。进一步的,将该算法发展为结构在任意外力作用下的静力学求解方法,可求解结构在重力和负载等外力作用下的平衡位置。针对该结构的逆运动学问题,本文根据对结构位姿已知量的不同分别介绍了基于雅克比矩阵的方法、迭代搜索算法以及优化方法三种方法,实现了上肢结构对末端轨迹的跟踪,并利用NTRT对其进行了仿真验证。然后利用找形算法以及静力学求解的方法计算了该张拉整体仿人上肢结构的工作空间,计算了结构的节点刚度,并分析了结构节点刚度随绳索内力以及结构位置的变化规律。最后介绍了基于ROS与NTRT的虚拟模型建模与仿真的方法,利用该方法对结构的运动控制进行了仿真,另外针对结构实际物理模型的控制,介绍了两种控制系统的构建方案。