随着医疗技术的迅猛发展,人类寿命得到延长,全球人口老龄化日益加重,世界各国都将目光聚焦在服务机器人,尤其是欧美、日本及韩国等。目前,机器人领域内学者主要的研究热点为模式识别(图像、声音及触觉信息处理)、自主移动、智能操作。本文针对现有市场需求和研究热点,选取服务机器人的重要任务执行机构机械臂为研究对象,以绳索为传动方式,探究其设计方法,研究其运动学和动力学机构特性。该研究对提升仿人服务机器人的服务质量具有重要意义。以绳索为传动方式,开发了一套仿人七自由度机械臂系统。通过分析人体手臂的生理特征,确定了绳驱动仿人臂系统的构型,分为肩部、肘部及腕部。其中肩部和腕部自由度相同,采用相同的三自由并联机构(绕X、Y轴偏转,绕Z旋转),肘部采用一自由度张力放大机构。针对绳驱动仿人臂任务需求,设计了其控制系统,设计过程中充分考虑强电流对信号的电磁干扰,硬件连接均采用一体化拔插设计,降低了系统维修的复杂性和提高了移动的灵活性。分析肘部单自由度纯滚动机构的运动学特性,并由此演变推到出肩部三自由度并联机构的运动学。通过建立绳驱动机械臂全局坐标系,采用齐次矩阵表示肩部、肘部及腕部运动学,得到了其整体机构运动学。运用单位四元数得到了肩部三自由度并联机构完全雅可比,利用连杆间速度传递特性,得到了绳驱动仿人臂的完全雅可比。根据得到的完全雅可比,利用牛顿-拉普森数值迭代法,得到了绳驱动仿人臂逆运动学。最后基于拉格朗日法,得到了绳驱动仿人臂动力学,并用ADAMS仿真模型验证了其正确性。研究了绳驱动仿人臂的轨迹规划问题,采用三次均匀B样条曲线构建了其关节空间速度和加速度连续的关节轨迹。在运动学和动力学约束的基础上,以运动总时长、能量最省及脉动最小三个优化目标对构建轨迹进行优化,建立优化数学模型,采用遗传算法对数学模型解算,得到了同时满足约束条件的较优空间轨迹。采用单位四元数定姿态插补算法与空间数据点密化技术,设计了空间直线插补和圆弧插补试验,验证了样机的运动性能和算法的有效性。