根据人体生物学特征,基于张拉整体结构,提出一种质量较轻,体积较小,等效映射出具有张拉特性的仿生上肢腕关节。这种张拉仿生腕关节通过收缩和伸长弹簧模拟人体肌肉收缩来实现其运动特征。传统仿生上肢结构设计受到运动副的限制,不能保证机械结构的灵活性,而张拉整体结构具有可变形性高,自适应性强,能抵抗多方向冲击的特性。因此使用张拉结构完美的解决了这个问题,即将柔性和刚性系统与传统设计中结构的好处结合起来。该联合既可以使机器人关节在不可预测的环境中工作,又满足了对功能灵活性和结构适应性的特征需求。本文主要研究内容如下:(1)根据人体上肢生物学特征,对实现内收/外展,屈曲/伸直动作的上肢腕关节进行解剖学研究,以得出与其相关骨骼、肌肉等组织结构的运动关系,简化腕部形态结构,等效映射出基于两杆张拉特性的机构学模型。(2)通过弹簧的收缩、拉伸实现人体肌肉的运动特征,进一步得到优化了的无运动副的仿生上肢腕部张拉机器人。利用反向动力学方法求解机构的运动位置,推导出仿生腕部各姿态张拉弹性元件的尺寸参数计算公式并匹配了弹簧刚度系数,给出了机构运动分析的理论方法。(3)在此基础上,利用Adams仿真验证仿生张拉腕部能够实现类似人体腕部的变化运动,及理论计算公式的正确性。搭建了实验平台且制作了物理样机,并对样机进行了测试。结果表明仿生张拉腕部能较好并稳定地实现人体腕部自适应的运动特征,从而证实了本设计方法的有效性和可行性。最后通过仿真建模验证设计出的腕部外骨骼机器人具有很好的舒适性和实用性。