前庭功能训练器主要是用来训练人体前庭器官的耐受能力，目前已经是航空航天领域里一个必须通过的训练科目，同时也是飞行人员选拔的一个关键指标，并且关于这类训练器的发展来说还有很多可以改进的空间。本文研究的前庭功能训练器是基于球面4R空间机构的第一代产品，以球面4R空间机构及其普通形式作为研究对象，并结合理论运算与计算机辅助设计的方式进行了运动学分析和平衡优化设计。　　本文的主要研究内容为：　　首先，系统地介绍了前庭功能训练器的整体结构，结合了其机构简化后的球面4R空间机构特性，并通过其运行状态的对比阐述了前庭功能训练器的工作原理。　　其次，利用G-K通用公式和一般自由度公式推导出该前庭功能训练器是个单自由度球面4R空间机构，采用四元数法解析推导出各杆长之间的关系式。运用UG强大的建模能力将前庭功能训练器的杆件以及主要零件进行三维实体建模，完成虚拟样机建模，运用UG MOTION进行虚拟样机的整体和各杆件的运动仿真，验证了该球面4R空间机构的自由度为1和实现了空间X、Y、Z三轴向上的运动；并对人体模型在空间上的平移、速度、角速度变化进行了监测，仿真数据结果分析引出机构存在的不平衡问题，为机构的平衡优化设计提供依据。　　然后，采用添加平衡块的方法来完成基于球面4R空间机构的前庭功能训练器平衡优化设计。再通过初步计算得出各杆件上平衡块的质量,利用UG强大的数学运算能力采用多次迭代的方法计算得出最优平衡块质量与各杆件重心坐标。运用UG MOTION再次将优化后的虚拟样机进行运动仿真，仿真结果表明动平衡效果显著改善，从根本上解决了运行过程中存在的速度突然加快而易产生危险和速度突然放慢而难以骑行的两大问题。　　最后，分析整个计算与设计仿真过程，对一系列遗漏考虑的问题或设计方法上的缺陷进行梳理总结。　　本文中的前庭功能训练器是利用球面4R空间机构的运动特点设计而成的，通过研究该前庭功能训练器也加深了对空间机构运动的学习。