随着机器人技术的不断发展,机器人应用场景逐渐从工业生产拓展到生活服务的方方面面。在仿人服务机器人领域,仿人臂是实现仿人交互的执行系统,能够实现绝大部分的交互动作。目前,仿人臂的设计面临着柔顺性差、通用性低以及维护成本高等问题,难以适用于复杂多变的仿人服务交互场景。本文结合绳驱动技术和模块化设计思想设计一款模块化绳驱动仿人臂,在满足仿人交互过程动作柔顺性的同时,提高仿人臂在不同应用场合的通用性,主要研究工作如下:仿人臂关节机构设计。首先进行了人体关节运动学分析,并将仿人臂关节分为平面和球面两类滚动关节进行设计。选用了反平行机构和张力放大机构进行平面滚动关节设计,并将平面滚动关节向空间拓展形成球面滚动关节。对平面和球面滚动关节分别进行了强度和刚度分析,分析结果表明,采用绳驱动张力放大机构的设计方法可以提高平面和球面滚动关节的强度和刚度。单自由度肘关节模块设计。其次从人体肘关节仿生设计角度出发,应用上述平面滚动关节设计了一款单自由度肘关节模块。对肘关节模块进行了总体方案设计、传动系统分析、驱动扭矩计算以及正逆运动学分析。三自由度腕关节与肩关节模块设计。再次从人体腕关节和肩关节仿生设计角度出发,应用上述球面滚动关节设计了一款三自由度串并混联腕关节模块。对腕关节模块进行了总体方案设计、传动耦合分析、驱动扭矩计算以及正逆运动学分析。对于肩关节模块而言,其与腕关节模块结构、原理相同,仅大小、尺寸不一,并结合腕关节和肘关节模块对肩关节模块进行了驱动扭矩计算。模块化绳驱动仿人臂研制与实验。最后完成了腕关节、肘关节和肩关节模块实物样机研制,并为各关节模块搭建了相应的控制系统。对腕关节、肘关节和肩关节模块进行了仿人运动测试、最大角速度测试以及关节负载测试,实验结果表明,各关节模块满足仿人运动的设计要求,其摆动最大角速度分别为48°/s、84°/s和144°/s,且末端负载能力满足设计要求。本文研究主要面向仿人服务机器人领域,旨在提出一种新的仿人臂设计思路,并致力于促进仿人服务机器人早日走进千家百户。