传统机器人的机械结构设计、运动控制等方面比较成熟,但是传统机器人的机械臂大多数采用刚性关节连接而成,必然对其各自的作业空间环境有着严格的要求。在面对高度非结构化、狭小无规则、多障碍物的复杂环境,传统机械臂由于自身刚性结构的限制,致使其避障能力比较局限、灵活度比较差、运动空间范围受到极大约束,就不能高效地完成空间作业任务。受象鼻、章鱼触手启发而来的软体机器人机械臂是一种新型的仿生机械臂,具有灵活度高,多达无穷个自由度的特点,能够很好地完成非结构化、无法预知的环境中作业任务。本文在两种机械臂结构特性研究的基础上,综合刚性关节高负载和软体机器人柔性机械臂灵活度高的优势,提出柔性机械臂的结构设想。本文的主要研究内容如下所示:对混合关节进行结构设计,分析连续柔性体和刚性关节不同连接方式下的优缺点,建立了不同连接方式下的数学模型,利用MATLAB分别对它们在三维空间中的运动范围进行仿真,并对仿真结果对比分析,以此来确定混合关节的最优机构构型。根据连续体与刚性关节的混合结构特点,分析了混合关节的驱动方式,采用等效的D-H矩阵分析方法对混合关节进行运动学建模,并结合几何分析法,推导关节角、机械臂末端位姿以及各个驱动绳索变化量之间的关系。整合机构、驱动和控制单元,对线驱动柔性机械臂进行了系统集成,建立柔性机械臂的样机试验平台。在样机试验平台的基础上,对柔性机械臂的运动进行了轨迹规划,并对其运动进行了多项式曲线拟合和误差分析,提出了步进电机的S形曲线控制算法,最后进行了样机实验。本文基于传统机器人机械臂的分析方法,研究了柔性机械臂的结构特点,完成了柔性机械臂运动学建模与分析、控制系统的硬软件设计、控制方法分析以及其样机实验。