人形机器人是机器人技术领域最活跃的分支之一,关节是人形机器人功能实现的关键。本文以人形机器人踝关节、肩关节为对象,以少自由度球面并联机构为原型,依据仿生原理,开展人形机器人关节构型综合和性能分析的研究工作。主要内容如下:依据运动仿生原则,以二自由度球面并联机构UP+R为原型,得到UP+R踝关节机构,分析其静力学、静刚度性能,为机构的改进设计奠定力学基础。在UP+R踝关节机构的基础上,依据仿生设计理论,得到高度拟人,具有力学卸载特性,刚度均衡的球面并联人形机器人踝关节机构。对该踝关节机构进行运动学、静力学和静刚度分析。最后研制踝关节样机并测量极限位姿角。设计完成一组大工作空间被动球面铰链模仿球窝关节结构,引入3-RRR三自由度并联机构模仿肌肉群并联驱动,采用偏置输出设计思想以增大工作空间,综合得到通用球窝关节机构。以此机构为原型,依据结构仿生设计原则和空间一致性原则,综合得到球面并联人形机器人肩关节,对肩关节进行工作空间分析。最后,研制肩关节样机验证工作空间的连续性。对人体肩胛带的运动进行实验测量,得到描述人体肩胛带运动的实验数据。从运动仿生角度出发,提出2PUS+RR二自由度转动并联机构作为人形机器人肩胛带的原型机构,根据人体肩胛带的运动数据,完成机构参数的仿生设计。为了结构简单、控制方便,又提出两种二自由度球面并联机构作为人形机器人肩胛带的原型机构,得到两个机构的运动学反解,综合得到2PUS+U球面并联人形机器人肩胛带机构和RPRS+U球面并联人形机器人肩胛带机构。考虑人体肩胛带的运动,综合得到(2PUS+U)-(3RRR)、(RPRS+U)-(3RRR)两种双球面混联人形机器人肩关节。分析得到双球面混联人形机器人肩关节与人体肩关节工作空间的映射关系。建立双球面混联机构的运动学正解模型。分别得到两种双球面混联人形机器人肩关节的位置反解,并进行仿真试验验证。