蛇形臂机器人是基于仿生学原理,利用绳索作为驱动装置,具有冗余自由度的机器人。航空发动机、飞机油箱、空间站桁架、核电站管道等存在着大量的复杂狭小空间,对于此类环境下的任务,人工操作难度高、周期长、强度大。蛇形臂机器人能够在狭小空间内代替人类来执行此项任务,其应用前景十分广阔,在目前的机器人领域属于研究热点。本文将理论与实验结合,从结构设计、模型建立、控制研究以及实验验证等方面对基于绳驱的超冗余蛇形臂机器人进行了详细的研究,取得了初步的研究成果,符合预期的指标。根据蛇形臂机器人的基本特点,对蛇形臂的机器人结构进行了详细的设计。关节之间通过万向节连接起来,每个关节具有偏航Yaw和俯仰Pitch两个自由度,6个关节串联起来,整个蛇形臂机器人具有12个自由度,每个关节通过3根绳索控制其姿态,共18根绳索控制整个蛇形臂机器人。绳索采用强度大刚度小的钢丝绳,动力源采用电机丝杠模组,将动力源集中于蛇形臂机器人的基座,整体采用圆形分布,方便绳索的排列。通过三维软件将蛇形臂机器人的三维模型以及工程图纸设计出来,最终用于硬件的实现。依据设计好的方案,为超冗余蛇形臂机器人建立数学模型,包含运动学模型和动力学模型。采用传统的D-H坐标法建立了蛇形臂机器人的坐标系,推导了蛇形臂机器人任务空间与关节空间以及驱动空间相互的映射关系,通过仿真验证映射关系推导的正确性。分析了蛇形臂机器人的受力,针对蛇形臂机器人的动力学进行了详细的研究,利用第二类Lagrange方程建立了基于绳驱的超冗余蛇形臂机器人的详细的动力学的模型。以详细的运动学和动力学的模型为基础,设计了蛇形臂机器人的控制器。针对复杂的动力学模型,结合实际进行了适当假设与简化,将动力学模型简化,方便控制器的设计,并在MATLAB/Simulink中建立控制模型进行仿真验证,验证控制器设计的合理性与稳定性。并通过调整参数,使其控制效果达到较好状态。设计并制作了超冗余蛇形臂机器人的样机,对蛇形臂机器人进行了实验验证,实验结果表明,所设计的蛇形臂机器人具有灵活的运动能力,能够实现复杂的空间运动。