针对当前多数拟人机械腿采用串联机构出现的运动惯性大、承载能力小,不能很好地满足拟人机器人运动特性需要的问题,根据膝关节和踝关节结构特点,在分析了不同类型并联机械腿的基础上,本文提出了一种与人腿相仿度很高的新型并联机械腿机构。(1)介绍了其结构布局特点,用螺旋理论计算了该机构具有3个自由度。推导出了这种机械腿的位置反解方程,分析其结构约束,绘制了这种机械腿的姿态和位置工作空间,分析了各结构参数对工作空间大小的影响情况。(2)用矢量法推导出了速度和力雅可比矩阵,定义矩阵的可操作度作为线速度雅可比矩阵的性能指标,定义矩阵的条件数作为角速度、力和力矩雅可比矩阵的性能指标,分析了各性能指标在工作空间内的分布规律。(3)定义了全域性能评价指标,利用空间模型技术绘制了全域性能图谱,研究了这种机械腿的力雅可比矩阵与速度雅可比矩阵的关系。(4)利用遗传算法确定了机械腿的尺寸参数的最优组合,对膝关节结构进行了优化,进行了机械腿零部件的设计。研究发现,对于这种少自由度并联机构,力矩与角速度雅可比矩阵之间,力与线速度雅可比矩阵之间,在输入输出传递性上都具有相同的性质。仿真结果表明,这种机械腿的角速度与力矩传递性能良好且稳定,脚掌的运动与力传递性能受屈膝角度的影响较小。优化后,机械腿运动与力学传递性能均衡,结构上紧凑、灵巧。