随着科学技术的发展,机器人逐渐被广泛用于辅助诸多行业的工人来完成作业任务,因此机器人行业也成为了我国重要的发展策略。七自由度机械臂相比传统六自由度机械臂存在冗余自由度,可以实现工作空间范围内的任意位置均可达且有无穷解,在医疗器械、家庭服务、工业自动化领域都有较高的研究和应用价值。本文通过对各种构型机械臂的优缺点进行总结分析,设计了含肩部、肘部、腕部偏置的七自由度机械臂;再对比分析不同关节配置下末端所能承受的最大负载情况,选用“3+2+2”构型配置的机械臂,以提高机械臂末端的负载能力。对本文设计的偏置式机械臂进行正运动学建模及工作空间分析。针对偏置式七自由度机械臂无封闭解的问题,采用TRAC-IK求解器进行逆运动学求解,为不符合PIEPER准则的串联机械臂提供成功率和实时性较高的逆运动学求解方案。并针对传统的机械臂运动学标定方案需要高精度高成本的三维测量仪器的问题,提出了基于单目相机的机械臂运动学模型几何参数标定的方案,主要包括相机的内外参标定、粗辨识与精辨识结合的运动学参数辨识、运动学参数补偿及对比实验分析。对比实验结果表明本文提出的运动学标定方案可在一定程度上提高机械臂末端的绝对定位精度。最后,设计了偏置式七自由度机械臂本体及其硬件、软件系统,并设计一系列的实验验证机械臂的逆运动学求解精度和灵活运动特性,得出本文所提出的偏置式七自由度机械臂可增大末端负载并且可灵活避障的结论。