多冗余度机械臂由于拥有较多冗余自由度,具有灵活性好,通过其特有的自运动能够躲避作业空间内存在的障碍、关节极限等优点,能够在未知、复杂的工作环境内作业。本文基于全方位关节结构设计了多冗余度机械臂,该机械臂具有多冗余度机械臂功能和蠕动爬行机器人功能,该项目的研究工作对研究多冗余运动和蛇形运动方面具有很大的理论意义,尤其在空间技术领域、核工业领域等复杂、危险的工作环境中有很大的实用价值。本文在深入分析现有全方位关节机构原理和结构的基础上,对全方位关节和多冗余度机械臂进行了设计,并增加了压紧机构来保证了关节在轴向的力封闭。关节驱动方面采用绳索传动方式,使各关节电机可以安装在机械臂的基座内。该设计实现了关节的小型化,轻量化,并提高了关节的刚度。本文设计的机械臂为5杆11自由度多冗余度机械臂,由4个PY关节和1个PYR关节组成,具有模块化组合式特点,即可作为实现包围抓取、避障作业的冗余机械臂,也可作为地面上蠕动爬行的机器人。为便于对机械臂进行运动学分析,对关节进行了等效模型简化:分别将PY关节、PYR关节等效简化为RP关节、RPR关节,并建立了机械臂的等效模型,给出等效模型和原始机构之间的等效转换矩阵;在等效简化模型基础上,采用模式脊线法进行的;在运动分析过程中,根据所设计的机械臂特点,选取适合本文多冗余机械臂的模式函数来建立空间脊线,进行空间脊线与空间机械臂的拟合理论分析及计算;对冗余机械臂的避障,包围抓取和蠕动爬行运动进行了运动规划,并应用MATLAB软件对运动学分析和算例进行程序设计和计算。应用Pro-E和ADAMS软件为机械臂建立了虚拟样机,在理论研究的基础上,对机械臂进行避障、包围抓取和蠕动爬行的仿真实验,仿真结果验证了理论的正确性,仿真得到的各关节驱动力矩数据、曲线为后续驱动电机的选取和机械臂的进一步研制提供了有效的数据依据。