非完整系统的主要特点是输入空间的维数小于其位形空间维数，非完整约束在提高系统的灵活性、减少驱动装置的同时，也给其运动规划带来了困难。这是由于非完整系统中存在的运动耦合使其体现出一些复杂的特性，如不能实现输入-状态线性化，不能采用光滑非线性反馈来实现渐进稳定等。因此如何寻找一个有界的控制输入，使得非完整系统在有限时间内从给定初始位形运动到目标位形的运动规划问题成为了非完整领域研究的重点问题。本论文主要以一类一阶非完整多关节机械手为研究对象，对其进行运动规划以及运动控制实验研究。　　基于非完整机械手的可控性及链式变换原理，结合其运动学模型特点提出一种运动规划算法。在非完整机械手对应的链式空间中将自由变量与控制输入系数作为待求量，根据边界条件约束将非完整运动规划问题转化成为非线性方程组的求根问题后，利用牛顿迭代法求解方程组得到链式系统的控制输入和各状态变量的运动轨迹，再通过链式逆变换获得非完整机械手三个关节角的运动轨迹，MATLAB中的数值实验结果证明该运动规划算法是可行的。　　研究非完整机械手的链式逆变换奇异性问题，提出令链式空间中一条轨迹向关节空间映射有解的不等式约束条件，利用增加附加约束的方法来规避非完整机械手的链式逆变换奇异。采用惩罚函数的思想将不等式约束转化成为等式约束并将其与系统的边界条件约束结合，使得在链式空间中规划的轨迹可以映射成为关节空间中一条可行的轨迹。　　在运动控制实验平台上对提出的运动规划算法加以验证，用两个伺服电机作为非完整机械手的控制输入，并利用 UMAC（可编程多轴运动控制器）实现对伺服电机的运动控制。两个输入通过摩擦圆盘运动传递机构驱动非完整机械手的三个关节角运动，利用角位移传感器测量关节转动的角位移。将实验得到的各关节运动轨迹与理论计算的运动轨迹进行分析比较，证明提出的运动规划算法可以实现对非完整多关节机械手的有效控制。　　综上所述，本文从非完整机械手系统的机械构成原理及链式变换特性出发，研究规避其链式逆变换奇异的运动规划算法。本课题的研究为复杂非完整系统的运动规划以及非完整机械手的奇异性研究提供了一个较好的思路。