随着人们生活水平的提高,在未来将会有越来越多的服务机器人走进人们的生活。相比于单纯实现服务任务的机器人,能够实现人机交互,情感交流的服务机器人将更受到人们的欢迎。因此对于人形机器人头部的研究具有重要意义。本文将从机器人头部系统设计,包含柔顺关节的连杆机构降低驱动力矩的研究,连杆机构杆件形状优化三方面开展研究。本文根据项目需要,设计了一种6自由度的人形机器人头部系统,完成了样机机械结构的加工、装配和相应的控制系统设计,编写了机器人头部系统的上位机控制界面。它由舵机作为驱动装置,由连杆机构作为主要传动机构,能够实现眨眼,眼球上下、左右旋转,下颚张合,颈部上下点头和左右摇头。通过样机开展了实验,验证了人形机器人头部能够实现预期功能。由于本文设计的人形机器人头部将安装在移动式服务机器人上,为了能够减小机器人头部中连杆机构的驱动力矩,进而减少其能耗,本文将柔顺关节应用在连杆机构中,建立了包含弹簧型柔顺关节的连杆机构动力学模型,基于动力学模型,在期望的工作状况下,以减小驱动力矩为设计目标,通过优化得出柔顺关节中最优的弹簧参数。仿真结果显示包含柔顺关节的连杆机构能够有效的减小驱动力矩,进而能够减少其能耗。本文的研究方法也可用在其他类似的需要降低驱动力矩和节能的场合。为了能够在保证结构轻型化的同时抑制连杆机构的振动,本文以减小振动位移为目标,在不增加系统质量的情况下,对机器人头部中的连杆机构的各个杆件进行分析形状优化。优化结果表明最优杆件形状能够明显降低连杆机构的振动位移响应。