使用智能机器人参与护理工作是解决老龄人口日益增多与护理人员数量严重不足的矛盾问题的有效手段。护理机器人应具有较大的负载能力,能够代替护理人员完成帮助老人翻身,或者在病床和轮椅之间搬运老人等需要较大体力的工作。但目前已有的机器人存在负载能力小或自重过大的局限,不能满足护理实际需求。为此,本文基于面向护理搬运任务的机械臂大负载需求,提出一种绳驱串并联混合机械臂,对绳驱并联机构、大负载肩肘关节、刚柔耦合腕关节、运动学建模优化、动力学建模分析和运动控制方法等方面开展理论和实验研究。提出一种新型的全绳驱串并联混合大负载机械臂,该机械臂的肩部、肘部和腕部关节均采用绳驱并联机构。结合所提出的谐波滑轮二级减速原理,通过参数优化设计提高机械臂的负载能力,通过关节结构优化设计和导向滑轮的使用,对关节驱动绳索的路由进行解耦,基于关节角转动范围对机械臂的工作空间进行分析和仿真。为确保机械臂末端与人接触时的安全性,提出一种基于3-5R并联机构的新型刚度可调刚柔耦合机构,该机构被应用在机械臂腕关节上。利用螺旋理论分析绳驱并联机构的运动度,以及刚柔耦合机构的球面轨迹特性。分析刚柔耦合机构的变刚度工作区间,建立其刚柔耦合特性方程。研究建立机械臂关节刚度和强度模型,并进行运动学、强度及刚度的仿真分析。研究高效求解全绳驱串并联混合机械臂的运动学问题,提出一种新型的并行学习粒子群优化算法（PLPSO）。利用CEC2013函数集对PLPSO和另外9种参照PSO算法进行性能评价,使用威克松秩和检验和弗里德曼检验,验证所提算法的优越性;评价该算法策略对改善PSO固有结构性偏差的作用。将PLPSO应用于全绳驱串并联混合机械臂的运动学求解,同时以UR5机械臂为研究对象,将其与差分进化、人工蜂群和萤火虫等算法用于逆运动学求解对比。在UR5机械臂和全绳驱串并联混合机械臂上,对PLPSO求解方法与传统数值迭代方法进行研究对比,显示PLPSO算法的优越性及可行性。针对绳驱串并联混合机械臂存在着结构和绳索路由复杂、动力学建模困难的问题,提出一种简约高效的动力学建模方法。厘清绳驱串并联混合机械臂的绳索布置路径,将复杂的绳索路由简化为绳轮单元组合。分析建立绳轮单元数学模型,推导绳轮单元的张力减速方程。基于张力减速方程计算机械臂各关节驱动绳索的拉力值。分析建立机械臂的关节间接触力和杆件作用方程,并对绳索拉力进行第二范数最小化优化,建立考虑绳索拉力优化和绳轮摩擦的牛顿-欧拉动力学模型。分析关节的柔性变形,建立机械臂的刚柔耦合动力学模型。通过仿真验证机械臂的牛顿-欧拉动力学模型以及分析机械臂动力学刚柔耦合特性,揭露绳轮减速比和有效负载对机械臂动力学耦合影响规律。为实现机械臂将被护理人平稳抱起并使被护理人保持舒适状态这一护理任务,提出一种基于最优人体感触力的机械臂运动控制方法。基于人体等效四连杆动力学方程,提出一种人体感触力模型,并给出人体关节角和关节力矩约束条件及感触力模型优化求解方法。基于感触力模型求解的抱姿参数对机械臂进行轨迹规划,提出机械臂关节轨迹与末端轨迹的协同优化方法。结合机械臂的运动学和动力学方程建立动力学前馈控制系统,实现基于最优感触力的机械臂运动控制。对含肩肘关节的大负载机械臂和刚柔耦合腕关节分别建立测试平台,对肩肘关节机械臂的关节刚度、工作空间、速度和重复精度进行测试,以及对刚柔耦合腕关节的运动轨迹和刚度进行测试。搭建全绳驱机械臂双臂试验研究平台。通过机械臂运动控制实验,测试驱动绳索的实时拉力以验证运动学和动力学模型;通过机械臂末端跟踪实验,对机械臂末端轨迹精度进行测试分析;通过机械臂末端人机交互实验,验证机械臂柔性腕关节对人机接触的安全性;开展机械臂负载实验,以测试机械臂的负载性能;开展机械臂抱人实验,验证所提出的基于最优人体感触力的机械臂运动控制方法。