在现代工业中,尤其是空间科学领域,机械手腕有着大量而广泛的应用,并且这种应用趋势随着人类对太空探索的不断深入而呈现出迅猛的上升趋势。斜四关节手腕(Skew-PRYR)具有较大运动空间和较高的灵活度,通过运动学的分析和优化使该手腕具备在运动中有效回避机构奇异和手腕关节运动范围极限的能力,并且用拉格朗日法对手腕的动力学的分析和计算为以后实现控制作了准备。本文介绍了一些先进的机械手腕的研究,并对这些研究作了归纳和对比,说明了斜四关节手腕设计构想出现的必然性。建立了该手腕的几何模型,针对该模型展开了运动学分析、逆运动学解的计算,计算使用了矩阵逆变换的解析法和基于伪逆阵的梯度投影法两种方法。在此基础上利用梯度投影法进行了运动学的优化分析,分别对回避奇异位置和回避关节极限的运动进行了优化。对于动力学计算,将终止时刻手腕确定的位姿转化为相应的关节角,使手腕最终可以达到期望的姿态。完成对关节运动在两种不同初始条件下关节空间的轨迹规划,以运动学研究和轨迹规划为基础采用拉格朗日法对手腕的动力学进行了分析和计算。在理论分析的基础上,利用MATLAB进行程序设计,使用ADAMS软件完成了运动学和动力学的仿真,得到了机器人各关节转角曲线,优化特性曲线和力矩曲线。仿真证实了优化准则对运动特性确实有所改善。另一方面,通过测试施加负载后的手腕末端各关节的力矩大小,证明手腕所需要的力矩在实际电机和力传感器的要求范围内。根据机器人手臂的结构和尺寸,在机械动力学软件“ADAMS”的仿真环境下,建立冗余度手臂和斜四关节手腕连接的虚拟样机模型。进行机器人单臂与手腕连接的运动仿真,实现了末端位置和姿态的定位,这就为机器人手臂更广泛的应用提供了基础。