绳驱超冗余机械臂在狭小空间、非结构化环境中具有广阔的应用前景,然而,由于存在绳索变形、绳孔间隙等非线性因素,当前大多数绳驱机械臂存在运动精度低、抗外力能力差等问题,而且由于尺寸空间、载荷的限制并考虑器件成本,一般不安装外力传感器,这对需要执行精细操作时的控制进一步提出了挑战。为解决上述问题,本文设计了一种具有驱动空间和关节空间双重感知的绳驱超冗余机械臂,并提出了不依赖于外力传感器的末端力感知和柔顺控制方法。针对绳驱机械臂驱动空间与关节空间存在非线性、不一致性映射导致的模型不确定性问题,设计了一种具有双重空间融合感知能力的绳驱超冗余机械臂,解决了由于模型不准确带来的控制精度低的问题。机械臂由操作臂和驱动控制箱两大部分组成,操作臂由多个连杆及万向节组成,具有超冗余运动特性,为提高臂形感知能力,在每个万向节内安装2套编码器;控制箱采用模块化的设计,用于驱动绳索运动,并安装了拉力传感器提供绳索拉力检测。通过融合关节编码器、绳索拉力传感器,可实现驱动空间和关节空间状态变量的高精度检测。进一步地,分析了整个绳驱机械臂关节空间与驱动空间、关节空间与工作空间的相互映射关系,建立了多重空间运动学模型。根据绳驱超冗余机械臂的结构特点和多重映射关系,建立了整个系统的牛顿-欧拉动力学方程,并提出了基于模型的末端力感知方法。由于从电机端到运动副之间要经过多个传递环节,摩擦特性复杂,绳索在不同位置的受力特性差异大,因而将经典动摩擦力学与机器人结构特点相结合,建立了绳索过绳孔的动摩擦力模型,将此模型融入牛顿-欧拉动力学,即可根据驱动箱内的绳索拉力逐级计算臂杆内各段的绳索拉力。基于前述模型,根据驱动空间和关节空间感知的绳索拉力及关节位置可实时计算末端操作力,实现了无外感知下的末端力感知目标。在解决了末端力感知问题的基础上,提出了一种融合末端导纳控制和驱动绳力位混合控制的绳驱超冗余机械臂复合柔顺控制方法,实现了末端精细操作和拖动示教的目标。最后,完成了绳驱超冗余机械臂的集成,并开展了运动精度、负载能力试验、末端力感知精度测试及柔顺控制实验。结果表明,所研制的绳驱机械臂具有较高的运动精度、较强的负载能力和力柔顺性。