欠驱动机器人、柔性机器人是机器人研究领域中的重要内容和前沿课题。柔性机器人适应了现代机械在轻质和高速等方面的要求，近些年得到了快速发展。欠驱动机器人是指系统自由度多于驱动装置的一类机器人，它在提高机器人灵活性、降低成本和能耗、增加结构紧凑性等方面的性能为人们提供了新思路，引起了学者们的广泛关注，成为机器人研究的新热点。然而，随着人们对机器人在高精度、低成本等方面要求的不断提高，同时拥有柔性和欠驱动机器人两方面特点的欠驱动柔性机器人，将成为机器人领域的一个新方向，此项研究具有重要的理论意义和应用价值。目前，研究成果大都集中在欠驱动刚性机器人和全驱动柔性机器人两个单独领域，涉及欠驱动柔性机器人这一复杂问题的研究还很少。本论文将在此方面进行初步探索。 本文首次将欠驱动机器人和柔性机器人两个领域结合，对欠驱动柔性机器人系统的动力学建模、动力学耦合特性分析、振动可控性分析、位置控制、振动抑制等方面问题进行了系统深入的研究。 首先，分别采用有限元方法和假设模态方法，结合Lagrange方程首次建立了具有柔性杆的欠驱动机器人关节空间和操作空间动力学模型。讨论了两种方法模型的区别和适用范围，分析了模型的求解复杂性和可能性，指出有效的控制策略是保证系统正常工作的途径之一。系统模型的建立为本文的后续工作奠定了基础。 其次，在有限元动力学模型的基础上，研究了系统中主、被动关节的加速度和力矩动力学耦合效应，并针对欠驱动柔性机器人，创新提出了柔性杆弹性变量分别与主动关节、被动关节的动力学耦合新指标。仿真结果表明，这些动力学耦合指标对欠驱动柔性机器人的结构设计、位形设计、驱动器的安排及系统控制都具有重要意义。 再次，基于欠驱动刚性机器人的状态可控性分析结果，首次分析了欠驱动柔性机械臂的振动可控性：先不考虑柔性杆的弹性变形，研究欠驱动刚性机械臂在各个驱动器位置的状态可控性；然后，计入柔性杆的影响，分析了欠驱动柔性机器人的振动可控性。结果表明欠驱动柔性机器人的振动可控性不但依赖于关节角位形，而且取决于驱动器位置。最后将研究方法推广到具有一个被动关节的N自由度欠驱动柔性机器人。 然后，首次提出了具有半自由和完全自由被动关节欠驱动柔性机器人的位置控制策略。从理论和实验角度实现了一杆柔性2DOF欠驱动机械臂半自由被动关节的位置跟踪，说明控制方法的可行性。而对两杆柔性的半自由被动关节2DOF欠驱动机械臂位置控制的仿真表明，柔性杆的弹性振动是关节的无法准确跟踪，系统失稳的根本原因。然后，针对完全自由被动关节的欠驱动刚性和欠驱动柔性两个系统在动力学特性的本质区别，采用两个不同的控制方案，分若干阶段创新地完成了2DOF欠驱动刚性机械臂和一杆柔性2DOF欠驱动机械臂的理论和实验研究，不但使被动关节实现了位置跟踪，而且使欠驱动刚性和柔性系统都完成了复杂的操作任务，说明控制策略的有效性，并凸显了两种控制策略的不同。最后，针对非完整冗余度柔性机器人的特点，提出了关节空间和操作空间的最优控制策略。分别在多主动关节控制被动关节的控制方法和直接以机器人末端为控制目标的操作空间位置控制的基础上，提出了力矩最优控制方法和非完整自运动最优控制策略，指出它们在提高末端操作精度，减少驱动力矩，节省能耗，改善系统动态特性方面有显著效果。并针对欠驱动柔性机械臂在运动过程中柔性杆产生的弹性振动，分别在关节空间和操作空间位置控制基础上，增加振动控制策略。仿真结果表明此时系统既实现了位置控制，又实现了振动控制，获得了较好的动态特性，说明了控制算法的有效性。