蛇形机械臂是一种新型仿生连续型机器人,相比于传统串联型机械臂,其具有更灵活的运动方式,并且驱动元件与运动部分在空间上相互分离,具有更高的工作效率。因此,其在空间目标捕获、强辐射环境探测、航空发动机检修、灾害救援等方面具有广阔的应用前景。蛇形机械臂机器人依靠绳索驱动仿生关节运动,相比全柔性机械臂具有更高的结构刚度,但同时又保持了较高的运动自由度。本文在生物脊柱结构的基础上,提炼其关键结构,开发了一种新型蛇形机械臂机器人,并对其进行了全面的运动学分析,在此基础上,加入了视觉关节角辨识及双目目标跟踪环节,构成视觉伺服系统。根据生物脊柱的结构特性,本文设计机器人采用绳索驱动方式,由五个由仿生关节在万向节的连接下串联而成,供具有10个自由度,15根驱动绳索。在结构设计的基础上,利用D-H参数表述机器人的位姿,由单关节至整臂段,分析了其正逆运动学。考虑蛇形机械臂的驱动特点,进一步又提出一种基于关节力旋量的绳索速度-关节速度映射关系的确定方法。在以上工作的基础上,提出了控制框架,并通过仿真手段,验证了以上分析的合理性。为了解决蛇形臂机器人的初始零点确定问题,提出了一种基于视觉的机械臂关节角测量方法。在相机模型、标定方法、手眼标定等机器视觉基础理论的基础上,通过对ArUco标识码的定位,解算相机位姿,进而辨识关节角度。再回零过程中,实时关节角与零位间的误差经过PD环节得到期望关节角速度,之后通过关节角速度-绳索速度映射关系得到绳索速度,进而使机械臂在视觉辅助下具有自主回零能力,保证了机械臂初始位姿的精确性,使其具有更高的运动精度。对空间目标跟踪能力一定程度上拓展了蛇形机械臂的应用前景,本文在Camshift算法的基础上,提出一种双目目标跟踪算法,利用固定于末端的双目相机完成空间目标位置确定,同时测量末端位姿,进而得到末端位姿偏差;最后,利用速度梯度优化法得到关节角速度期望,进而控制机械臂跟踪空间目标。在以上工作的基础上,开发实物样机,完成对绳驱蛇形臂大范围运动、开环末端轨迹规划、视觉回零、末端目标跟踪等算法的实验验证及性能分析。实验结果表明:蛇形机械臂的运动分析正确,样机设计合理,运动灵活平稳,具备自主回零及末端目标跟踪能力。