随着机器人技术和仿生学的发展,学者对仿生机器人的研究越来越重视。而在仿生机器人的研究过程中,关节作为其滑动转动及摆动的关键部件,因灵活、紧凑、运动范围大、刚度较高等特点,被广泛应用于机器人等高端领域。本文以一种新型柔性连接的球头关节为研究对象,旨在研究其结构、运动特性、受力特性以及机构疲劳。具体工作内容如下:首先,参考人工置换关节的思路,将刚性的球头关节本体和柔性的人工肌肉相结合,提出一种新型柔性连接的球头关节机构。并对关节的装配结构、参数及材料进行了研究,理论分析了柔性的人工肌肉的轴向拉力与伸长量的关系、弯曲力矩与角度的关系、扭转力矩与角度的关系。然后,利用有限元软件对关节静力学下的特征进行了分析,研究了关节摆动力矩与摆角的关系,并验证性分析了人工肌肉弯曲的推导;之后研究了不同力矩下弹簧芯直径与橡胶囊壁厚的增加对关节摆动角度的影响,并总结规律;最后探究了关节在准静态下的极限摆角和极限力矩。进而,进一步对关节进行动力学加载,对关节的动力学特性进行了分析。研究了关节的固有特性,分析了橡胶囊壁厚对人工肌肉的减振效果以及关节在预应力下的固有频率和振型;然后分析了关节在稳态激励和冲击载荷作用下的振动情况及应力应变情况。最后,对关节的机构疲劳进行了数值分析。探究了该关节的人工肌肉在循环载荷作用下的疲劳损伤情况及使用寿命。尤其注意弹簧芯和橡胶囊连接处的变形及损伤情况。本文以一种新型柔性连接的球头关节为研究对象,研究关节结构设计方法,理论探究人工肌肉拉伸、弯曲及扭转特性,有限元分析关节摆动及极限摆动情况,动力学分析关节在稳态和瞬态加载的响应以及关节的疲劳损伤情况。为进一步开展新型柔性连接的球头关节的研究提供理论与技术基础。