变结构机械臂Variable Geometry Truss(VGT)是一种具有很高刚度和灵活性的高冗余机械臂。由于其灵活和高自由度,VGT机械臂可以完成一系列传统机械臂不能完成的任务。VGT在水下操作,空间操作和工业生产中有着广泛的用途,有着重要的研究意义。因此,本文研究一种具有镜像对称结构的八面体机械结构的高冗余机械臂的运动学和动力学控制问题。针对根据在实际控制时实时准确的定位需求,VGT的快速逆向运动学运算是非常重要和基础的问题。然而,由于VGT约束方程的非线性和每节机构偏转方向和位置的耦合,使得VGT逆向运动学的快速求解变得十分困难。所以,为了实现VGT机械臂的实时定位,本文提出一种解析的多节VGT逆向运动学算法。由于需要得到逆向运动学的解析解,本方法从揭示变结构机械臂的几何对称特性和简化计算开始,提出一种与传统欧拉角和D-H参数不同的旋转矩阵表示方法。随后,本文基于新的旋转矩阵的表示方式提出一种快速准确的逆向运动学算法。该方法利用镜像变换的几何特性与两个辅助坐标系,将多节变结构机械臂逆向运动学的非线性约束方程组拆分和简化为多个解析可解的方程。本文提出的方法相对于广泛应用的雅可比方法在计算速度和准确性上有大幅度的提高。在实际使用中,算法的实时性和准确性得到验证。同时在变结构机械臂中,由于装配误差,作动器定位精度不高以及结构弹性等因素的影响,实际的运动学与理论推导的数学模型会有着比较大的差别。这种模型误差是影响变结构机械臂定位精度的主要因素。为了减小结构误差带来的定位精度的降低,本文提出一种基于离散控制和的误差调节算法。首先,本文将误差调节控制转换为离散控制系统的形式,然后设计了一种补偿控制算法。补偿算法根据安装在机械臂头部的摄像机测量头部与目标位置和方向的差值,计算出作动器对误差的补偿量,经过多次调节最终使得头部对准期望的目标。这种误差补偿算法在实际实验过程中可以抵消模型不确定的误差,实现精确定位。最后,本文研究了VGT的多体动力学建模和控制。由于VGT结构的复杂性,其动力学学建模面临着较一般连杆机械臂更大的困难。所以为了满足动力学控制的需求,研究VGT动力学和控制是必不可少的。本文根据拉格朗日动力学,结合Simulink中simMechanics模块,对VGT的动力学模型经行建模和控制。最后,本文设计了一种基于PD控制律的速度控制系统,并通过SimMechanics仿真验证其可行性,为未来更加完善的动力学和控制研究打下基础。实验和仿真充分验证的本文提出的方法。快速逆向运动学方法和误差补偿算法均被运用在实验装置中。通过对仿真结果和实验测试结果的比较,本文的提出的快速逆向运动学方法被证明是正确有效的,成功实现VGT实时定位解算的功能。同时,实验也对误差补偿算经行了验证,本文的误差补偿算法可以在有限步之内将定位误差补偿为零,让VGT的末端操作机构达到毫米定位精度。最后,本文在SimMechanics软件中建立VGT多体模型,测试提出的PD控制器。仿真证明PD控制器可以精确跟踪给定的速度和位置指令。