绳驱机械臂是一种采用绳索传动将电机等驱动单元全部可布置在基座的新型结构的机械臂。相比于传统的机械臂而言,绳驱机械臂的质量和惯量更小、负载能力更强、更容易实现轻量化和小型化,并且由于使用绳索传动使得绳驱机械臂具有一定的柔性。基于上述特点,采用绳驱结构特别适合应用于人性机器人以及与人进行交互的场景。绳驱结构将为机器人领域提供一种新的解决方案,对绳驱机械臂的研究将在这些方向发挥重要作用。本文首先首先对绳驱收缩和释放、绳索的张紧等绳驱的基本问题进行分析和总结,设计了一种绕绳和绳索张紧机构。随后,分析了绳驱关节的实现问题,设计了一类新型的绳驱关节结构。基于绳驱关节中绳索长度与关节角度的几何关系,分析建立了绳驱机械臂的运动学模型。在运动学建模过程中,分析了绳轮侧偏角、出绳点变化、绳索受力形变等因素的影响,通过数值仿真实验给出上述三种因素对运动学影响的上界。还分析建立了绳驱机械臂的动力学模型,推导得到了绳驱机械臂动力学模型的微分方程最简表达形式。在绳驱机械臂系统的建模中难点是对绳索的建模,本文中列举了两种不同的处理方式,并给出了对应的结论。针对绳驱机械臂的动力学模型最简形式,设计了PID控制、非线性和线性自抗扰控制器,经过反复调参得到了几组控制器参数,通过数值仿真实验比较了这三种控制器的性能。通过对比仿真,分析了跟踪-微分器、扩张状态观测器在自抗扰控制器中的作用,对自抗扰控制器调参过程的理解具有指导意义。最后,针对绳驱机械臂系统中电机驱动器信号要求、电机角度的测量、关节角度的测量、绳索张力的测量等问题,设计了绳驱机械臂的控制系统。通过实物平台的实验,验证了运动学和动力学模型的正确性。通过给定恒定值指令和动态指令这两组实验,分析了绳驱机械臂系统的性能表现。由于实验平台的限制仅能实现电机位置闭环,无法实现关节角度闭环控制。在加入速度规划后,本实验平台能实现2Hz的响应速度。仅对电机位置进行闭环控制,给定恒定值指令关节角度误差最大约为6°,动态响应下关节角度误差在±10°以内。