与传统机器人相比,连续型机器人具有灵巧度高、安全性好、非结构化环境适应能力强以及能够操作不同尺寸物体的特点,在医疗服务、航空航天等优势产业领域表现出了巨大的应用潜力。本文以面向狭小、障碍空间作业的冗余自由度线驱动连续机器人为研究对象,针对连续机器人运动学建模、轨迹规划以及避障运动规划等相关问题开展了研究。具体内容如下:(1)为满足线驱动连续机器人运动控制需求,研究连续机器人的运动学特征,提出了一种完整的线驱动连续机器运动学建模方法,并给出了操作臂驱动空间与工作空间完整的运动学解析映射。该方法在分段恒定曲率假设的前提下,基于李群、李代数及指数坐标理论,获得了操作臂关节空间与工作空间的运动学映射;基于操作臂固有的几何特征,推导了驱动空间与关节空间的解耦映射。并通过正、逆运动学仿真算例,验证了所给运动学建模过程的合理性和运动学映射的正确性。(2)考虑连续机器人运动的平稳性要求,研究线驱动连续机器人的轨迹规划方法。首先,以实现连续机器人关节空间“点到点”规划为目标,提出了一种基于五次项式插值的关节空间轨迹规划方法,并给出了“多节点平面弯曲运动规划”和“空间抓取运动规划”算例。接着,以实现连续机器人工作空间“点到点”轨迹规划为目标,提出了一种基于速度级逆解的工作空间轨迹规划方法,并给出了“末端直线路径跟随”算例。将上述三个算例得到的驱动空间仿真结果用于样机驱动,操作臂均能稳定、无冲击的安全运行,并且操作臂空间运行位姿能够与仿真结果保持一致,进而验证了两种轨迹规划方法的有效性。(3)从连续机器人执行操作任务的安全性角度出发,研究冗余自由度连续机器人的避障规划方法。首先,提出了针对气瓶内表面约束特性的内窥检测运动规划方法-“双空间协同规划法”,该方法不仅能够实现高维运动学模型的降阶处理,而且还可避免操作臂的“自运动”现象;此外,该方法还为连续机器人微分逆运动学奇点附近的运动规划提供了一种解决方案。提出的“偏置逃逸法”使连续机器人具备一定自主避障能力,该方法不仅能够自主选择逃逸控制点而且能够动态调整自由速度矢量的方向及大小,简化了人为设置逃逸方向的过程,提升了运动规划效率。