由于科技的发展,传统的工业机械臂凭借高速度、高精度、高稳定性等特点在工业领域得到广泛应用。但随着人类对机械臂交互要求的提高,希望将其应用到家庭服务、医疗辅助领域时,工业机械臂的弊端便显现出来,如置于关节处的电机使其在运动过程中质量较高、惯量较大、自重比小及柔顺性差,限制了其高速运动和快速响应的能力。绳驱动方式为解决该问题提供了一种可能,本文以绳驱动技术为基础,提出了一种高刚度、高承载自重比的七自由度仿人机械臂。本文首先从人手臂构造出发,研究其结构/运动/功能特征,揭示了其运动机理。根据人手臂运动机理改变了传统的仿人机械臂刚性驱动设计方法,将骨骼等效为连杆,肌肉等效为绳驱动机构,结合肩、肘、腕关节弯曲、回转、伸缩等运动特点,基于绳索的柔性驱动特性,开发了新型仿人机械臂模块化驱动单元。相对于传统的关节电机驱动方式,绳驱动方式更为复杂,表现为绳索为柔性介质,刚度性能较差,绳索和关节之间易出现打滑现象,为解决该问题,分析了影响其传动性能的四个主要因素:绳索材料、预紧方式、绳槽形式以及传动绕线方式。根据力学校核选择合适的绳索材料,设计移动轴系预紧方式、大尺寸单通道平行绳槽及根据机械结构进行绳索驱动布局优化,通过运动实验验证了设计的功能性。然后,求解了机械臂运动学方程,包含模块化机构运动学(三自由度并联模块及单自由度张力放大模块),利用向量法将模块化机构运动学表示链接起来构建了整体机械臂的运动学方程。为验证该机械臂的运动学,使用MATLAB进行了仿真分析,求解了机械臂的工作空间,为后续运动学实验分析提供基础。根据上述机构设计原理,加工各模块实物机构,装配完毕进行了仿人机械臂模拟人手臂拥抱实验,验证了机构设计方法及模型的有效性,为仿人机械臂的研制提供了一种新的设计方案。