欠驱动机器人的驱动源数目少于自由度数目，因而具有结构紧凑、质量轻、能耗低、可靠性高、环境适应能力强等方面的优点，在深空探测、深海探测、交通运输、仿生机器人等领域获得了广泛应用。一种基于绳索驱动平行四边形桁架机构的新型欠驱动机械臂在这种背景下应运而生，称为欠驱动绳索桁架式机械臂，新颖且巧妙的桁架机构的设计使其具有可折叠、可扩展、具有形状自适应包络抓取能力等优点，非常适合作为大型空间展开臂用于深空探测，有非常广阔的应用前景。欠驱动绳索桁架式机械臂是一种新型机械臂，其模型复杂且非线性程度高，使用常规控制方法进行控制器设计非常困难，而模糊控制理论发展至今已形成较为完善的理论体系，且具有不依赖精确被控对象数学模型，具有抗干扰能力等优点，非常适用于该机械臂的控制问题。因此，本文将以模糊控制理论为核心研究适用于该机械臂于各种场景下的控制方法，从控制的角度研究其动力学机理，并为实际的欠驱动绳索桁架式机械臂物理样机搭建半实物仿真平台，在半实物仿真实验中验证机械臂动力学行为以及控制方法的有效性。本文的具体研究将包含如下方面：
　　首先，采用拉格朗日方程结合复数矢量法对欠驱动绳索桁架式机械臂进行动力学建模。由于模型复杂程度高，基于机械臂的运行机理对模型进行了等效处理，并使用复数矢量法将二维平面的矢量运算转换为复数运算，从而使建模过程的运算更为简洁。建模过程考虑到了一些非理想条件，包括认为组成机械臂关节的杆件是非均质杆，各关节尺寸可变，重力场方向为任意，机械臂关节存在摩擦和弹性等。
　　其次，针对欠驱动绳索桁架式机械臂倒立姿态的镇定控制问题研究模糊控制方法。倒立姿态的欠驱动绳索桁架式机械臂受重力影响，其动力学模型结构复杂，含有大量非线性项，并且存在模型不确定性以及外界干扰等，而模糊控制具有不依赖被控对象精确模型的优点，能够解决以上问题并实现镇定控制。设计了Mamdani型模糊控制器和Type-2模糊控制器，前者相比线性控制器有更大的收敛域，后者将隶属度函数扩充为三维可以囊括不确定信息。仿真对比验证Type-2模糊控制在系统存在建模不确定性时有更好的控制效果。
　　然后，研究了水平面运行的欠驱动绳索桁架式机械臂的轨迹跟踪控制方法。水平面运行的这种姿态可以认为不受重力场的影响，其大范围的运动更明显的暴露出动力学模型中的非线性和非满秩等问题。提出伪逆法解决控制力矩阵不满秩的问题，进而采用反馈线性化方法将受控子系统转化为线性系统，结合LQR方法设计控制器，用以实现水平面欠驱动绳索桁架式机械臂轨迹跟踪控制；因伪逆法使部分系统信息丢失，提出采用坐标变换方法将控制力矩阵处理成能够使用部分反馈线性化方法的形式，然后同样针对线性化后的系统设计控制器；由于前两种方法必须基于被控对象非常精确的数学模型，受外界扰动影响较大，提出结合模糊控制方法设计控制器。数值仿真验证了上述三种方法在欠驱动绳索桁架式机械臂张开和收拢过程对期望轨迹跟踪控制的效果，并且对比验证了三种控制策略在系统存在外界干扰时的控制效果，证明模糊控制器的优越性。
　　最后，由于数字仿真中没有和实际的机械臂进行关联，本文搭建了基于MATLAB Simulink Desktop Realtime的半实物仿真平台，用以验证控制器对实际被控对象的控制效果。基于此半实物仿真平台，提出针对实际欠驱动绳索桁架式机械臂的绳索预紧力控制方案，用以保护机械臂运行过程绳索保持绷紧，以免绳索滑落损坏器件；基于第四章提出的轨迹跟踪模糊控制方法改进设计了针对实际欠驱动绳索桁架式机械臂关节角轨迹跟踪控制的模糊控制器，并通过半实物仿真实验验证所设计的模糊控制方法在机械臂收拢和张开过程对期望位置信号的跟踪能力，并且控制器具有一定的抗干扰能力，证明所设计的模糊控制器的正确性和有效性。