传统工业机器人由于精度高、速度快、效率高等优点，使其在制造、装配、物流、医疗被广泛应用，但是也存在以下不足：臂身质量体积大、转动惯量高、负载自重比小、缺乏柔顺性等，使得机器人在服务、医疗等人机交互安全性要求较高的场所使用受限。本文设计了一种负载自重比高，人机交互安全性好的四自由度绳驱动机械臂。　　首先，设计一种采用绳索驱动的四自由度串联机械臂。关节驱动电机被后置于基座，利用绳索传递运动和力，减小臂身自重和关节惯量，提高负载自重比。通过对绳索传动方式选择、绳索传动和张紧装置的设计及伺服电气系统的搭建，完成了试验样机研制，样机运行状况正常良好。　　其次，针对绳索耦合问题，分析并推导了平面多关节绳驱动耦合关系，建立了驱动空间-关节空间-笛卡尔空间的运动映射；提出了绳驱动关节耦合运动下的姿态不变约束条件。结合绳驱动机器人的结构及运动特点，完成了两类不同自由度的机械臂运动学建模。同时，从工作空间、速度雅可比、全域性指标等方面对四自由度绳驱动机器人的运动学性能展开评价。　　然后，针对绳驱动机器人结构模型参数不精确、绳索传动模型复杂等因素，建立了一种基于时延估计的非线性控制技术。提出了基于延估计技术的PD控制器及具有参数自整定的模糊控制器；利用Simulink/SimMechanics的多体分析模块，建立了绳驱动机器人的控制仿真模型；仿真结果证明基于时延估计技术的控制策略具有对系统模型依赖小，控制鲁棒性强等优点，该控制方法是有效和可靠的。　　最终，基于Qt5/C++完成系统上位机软件设计，具有运动轨迹规划、数据采集分析、伺服控制器通讯及系统状态监测等功能，具有良好的人机交互作用；基于Simulink Real-Time模块搭建了实时控制试验平台，完成了对控制算法的试验对比分析，进一步说明了基于时延估计控制策略的有效性。　　末章，对本论文的主要研究内容和结论进行了简单总结，并对绳驱动机器人后续设计研发作了展望。