张拉整体结构由相互连接的受拉单元与不连接的受压单元组成。在生物体中,张拉整体结构不仅表现在细胞层面,也体现在肌肉骨骼系统中,动物肌肉骨骼系统是由肌肉、骨骼、神经和软体组织等组成的复杂网络系统,目前在机器人中仍然难以复现。不过,肌肉骨骼系统虽然复杂,但结构有序,可以通过神经系统对其进行控制,使其以非常低的能量成本,实现灵活的运动协同作用。为充分利用动物体的身体结构,神经系统要有灵活性和互补性,从而适应当前环境和行为。相比之下,当前机器人抵抗外界冲击的能力都相对较弱。如机器人的头部与机体大多是刚性连接,自由度相对较少,柔顺自由度不够,不利于抵抗外部扰动。因此,本文提出采用轻质、多自由度的柔性张拉整体结构模拟鸟颈结构。论文根据真实鸟颈结构,建立了仿生鸟颈机构的骨架结构。多级结构采用同一模块化构型,简化了结构设计。相邻两级结构之间通过柔性绳索连接。针对本课题提出的仿生鸟颈机构,更新了动态松弛法的找形方法,将平衡条件从节点力平衡变换到刚体子结构力与力矩平衡,使其能够对具有相互连接刚性杆的张拉整体结构快速找形。在反解计算过程中,通过分解的方法将反解计算分为两步,减少优化变量。第一步,将每级结构中心点位置的连线定义为“背脊曲线”,采用样条曲线拟合“背脊曲线”的方法,优化出结构的最优构型。同时,在曲线上均匀分布浮动坐标系,从而确定了所有结构的节点坐标;第二步,扩展了单元结构的反解计算,将内力调节融入反解计算中。在保证绳索张力大于零的同时,优化出所有绳索的力。并基于该理论分析,得出了两级结构与多级结构的工作空间。根据结构设计,建立了仿生鸟颈机构的虚拟样机动力学模型。通过仿真分析,对仿生鸟颈机构的空间定位、轨迹跟踪与末端稳定能力做了验证。本文还对欠驱动方法进行了探究,实现了欠驱动的轨迹跟踪与周期性运动控制。