人形机器人是一种旨在模仿人类外观与行为的机器人,在日常生活中发挥着举足轻重的作用,已经成为衡量一个国家综合实力水平的重要标志。关节直接影响人形机器人整体的运动性能,肩关节作为人体上肢运动范围最大、最灵活的关节,直接影响上肢机器人的运动灵活性。张拉整体结构中杆索连接方式与人体骨骼-肌肉-韧带的耦合特性十分相似,因此本文以人体肩关节为研究对象,通过仿生映射将肩关节形态结构与张拉整体结构有机融合,设计一种兼具自适应性和灵活性的仿生张拉肩关节机构。基于肩关节生物力学特性,对其生理结构及运动特点进行定性分析,通过分析人体肩关节肌肉、韧带与骨骼的耦合关系,结合张拉整体结构与生物体生理结构的相似特性,设计一种具有与人类肌体相似的新型肩关节机构,依据人体肩关节的生理尺寸等比例确定机构尺寸。通过力密度法对仿生张拉肩关节机构进行找形分析,在满足边界约束条件和结构拓扑关系前提下,对机构稳定状态的初始预应力进行匹配;基于坐标系的旋转变换得到机构运动学反解,求解弹簧的理论形变量,结合弹簧力学特性,对弹簧刚度进行匹配。对仿生张拉肩关节机构在外展-内收、外旋-内旋和前屈-后伸方向进行连续性运动轨迹规划,模拟肩关节运动的轨迹曲线。通过ADAMS仿真分析,对仿生张拉肩关节机构能够模拟人体肩关节的运动进行验证,为样机的搭建提供了理论基础。研制仿生张拉肩关节机构样机,采用嵌入式系统进行样机的控制系统设计,并利用蓝牙远程通信技术开发上位机控制界面,基于机构的运动规划轨迹,对样机进行试验,采集实验数据进行处理,验证了仿生肩关节机构的有效性与准确性,为肩关节机构的实际应用提供技术支持。