随着人机协作机器人技术的发展,柔索传动机械臂因柔索本身具有的柔顺性以及传动系统的零回差、低摩擦和低惯量等特性,使其在吸振、减缓冲击等方面表现出良好性能的同时,又具有较好的定位精度和快速驱动响应能力,从而成为人机协作机器人领域的研究热点。作为机械臂的关键部件,关节的性能决定了机械臂的运动范围、运动精度、承载能力以及动态性能。本文以柔索传动转动关节为研究对象,重点研究其拓扑结构设计、运动学建模、传动性能以及仿真分析等问题,初步形成柔索传动转动关节设计方法,为其在柔索传动机械臂中的应用提供技术支持。论文主要内容包括以下几个方面:首先,依据差动轮系传动特点,以柔索传动和齿轮传动类比分析为前提,采用运动分离法对单自由度柔索传动转动关节的构型设计进行系统研究,提出一种基于差动原理的单自由度转动关节拓扑结构设计方法。其次,针对选定的一种柔索传动转动关节进行运动学分析,通过柔索传动系统的类比等效,将适用于齿轮轮系运动学建模的拟阵法,应用于柔索传动转动关节,并采用有向图法对运动学分析结果进行验证,以证明拟阵法应用于柔索传动系统运动学建模的可行性和正确性,并对两种建模方法进行比对分析。再次,应用经典蠕变理论、欧拉公式等分析柔索传动系统的力学特性,推导柔索传动转动关节传动空回和传动刚度的解析表达式,基于Matlab分析柔索预紧力、摩擦系数、弹性模量以及外部扭矩等主要设计参数对传动刚度和传动空回的影响。最后,通过简化法和离散法分别对基本传动单元进行建模和仿真,比较两种方法的特点,确定转动关节的建模方案,在ADAMS虚拟环境下完成柔索传动转动关节的建模分析,证明运动学方程的正确性。