随着工业现代化的发展,柔性机械手腕因其优势得到了越来越广泛的应用。其中,柔性机械手的关节构件是影响其运动的关键,对柔性机械手腕关节的研究具有十分重要的意义。球齿轮是随着机器人与仿生技术的发展、机械工程的发展迫切需要多自由度的新型齿轮机构的出现而出现的新型齿轮。球齿轮传动机构本质上是万向联轴器的变型,此机构具有两个传动自由度,它可以用来传递二维回转运动,这种二维定点球面运动正是大多数生物关节所具备的运动特征,这种运动特征可以用于柔性机械手的传动。因而研究将球齿轮机构用于柔性多关节机械手很有必要。但是球齿轮的理论体系尚未完全建立,有待完善,所以在已有理论基础上,建立球齿轮机构和基于球齿轮的多关节机械手模型,并对模型进行运动学分析,对证明球齿轮机构的理论的正确性和推动球齿轮机构的理论的发展和应用将会起到一定作用。本文首先运用空间位移矩阵法对球齿轮机构和基于球齿轮机构的机械手进行运动分析,得出运动学规律,即运动学方程。其次,通过Pro/E建立球齿轮机构和基于球齿轮的机械手三维模型,对模型进行运动学仿真,得出仿真曲线。最后,通过球齿轮的啮合特点和仿真分析,解决了运动副的选择难题。研究的结论证明了球齿轮机构可在两球体之间实现精确的、连续的球面纯滚运动,可作为从动件输出轴的空间姿态需要精确控制的执行机构。基于球齿轮的柔性手腕具有三个传动自由度,该手臂工作范围较大,重量轻,能解决传统机械手因手臂重量大而引起的控制精度不高的问题。