随着现代机械向着智能、高精、高速、高可靠性和高度集成等方向发展,并联机构以其结构紧凑、刚度大、运动性能好、承载能力强等诸多优点越来越受到学者们的关注。本文基于球面并联机构,以人体髋关节结构特点和运动特性为参照,开展人形机器人髋关节仿生基础理论研究。主要研究内容如下:分析和研究人体髋关节的结构特点、运动特性及其运动空间范围,以结构和功能与人体髋关节相吻合为原则进行机构选型,进而确定选取3-SPS/S球面并联机构作为仿生髋关节原型机构。针对3-SPS/S并联机构进行运动学分析,建立机构的运动学反解;基于影响系数法,建立驱动和约束不在同一支链上的少自由度并联机构一、二阶影响系数,据此分析该机构的速度和加速度,并对所推导方程及分析结果的正确性予以仿真验证。综合考虑并联机构输入变量范围、运动副转角范围和杆件间的干涉等因素,采用数值法求取并联机构姿态工作空间和位置工作空间;以机构工作空间最大化为目标函数,采用遗传算法优化机构尺寸参数,以期得到合理的并联机构仿生关节结构参数。应用Gosselin法分析机构奇异性,建立奇异轨迹方程,寻找机构的奇异姿态角和奇异位置;依据机构对称特点推导并确定所漏掉的部分解,并对其正确性进行验证。结合机构的一、二阶影响系数矩阵,采用达朗贝尔原理和虚功原理对机构进行动力学分析,借助ADAMS软件进行机构动力学仿真,以获取机构在预定运动轨迹情况下,机构驱动力、动平台球铰链受力以及中间球铰链受力值随时间的变化曲线。