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人形机器人是外形、结构、功能与人相似的一类智能型机器人。目前已成为机器人技术领域最活跃的分支之一。仿生关节是人形机器人本体结构的核心、实现功能的关键,其性能的好坏将直接影响着整个人形机器人性能及进一步扩展。本文以具有中心球面支链的、偏置输出、高次超静定(过约束)的3RRR+(S-P)新型三自由度球面并联仿生关节机构为研究对象,针对机构的位置、工作空间、静刚度、动力学等几个方面展开了系统研究。为人形机器人并联仿生关节进一步的设计与开发,提供了新思路和一定的理论基础。基于3-RRR原型机构的位置正反解,考虑与人体关节空间分布的一致性,确定了关节机构安装位姿参数,建立了人体与机构空间的映射关系,推导并获得新型3RRR+(S-P)仿生髋关节的位置正反解。并进行了数值计算与分析。在分析了人体中髋关节的位置、姿态、运动空间特征与新型3RRR+(S-P)机构关节的工作空间基础上,比照人体髋关节的工作空间,以机构关节的工作空间覆盖人体髋关节的实际运动空间为条件,确定了关节在人形机器人本体中的安装位姿参数。采用传统的拆杆法和小变形叠加原理,对高次超静定(过约束)3RRR+(S-P)型仿生髋关节机构进行了静刚度分析;通过数值计算得到机构的对角化刚度矩阵。与3RRR原型机构刚度进行比较分析发现:引入中心球面支链的3RRR+(S-P)机构线位移刚度得到较大加强,使线位移与角位移刚度比较均衡。证明了新型三自由度球面并联仿生关节机构可以满足实际。在分析3RRR+(S-P)机构各个构件的速度和能量基础上,建立了机构的拉格朗日逆向动力学模型,求得了平稳的驱动力矩表达式。通过数值计算获得了驱动力矩的曲线图,为关节机构控制提供理论支持。建立新型3RRR+(S-P)仿生髋关节的虚拟样机,并运用ADAMS对其进行运动学和动力学仿真。分析了外力与外力矩对引入中间球面副分支后的3RRR+(S-P)机构与3RRR原型机构的驱动力矩的影响。分析发现:外力对3RRR+(S-P)机构的驱动影响较小;在相同外载下,3RRR+(S-P)机构可以在更小驱动下实现相同的运动轨迹。证明了新型3RRR+(S-P)机构在动力学性能上更具有优势。