在高科技迅速发展的今天,机器人已经成为人们生活中不可缺少的一部分。张拉整体机器人作为机器人行业中一个全新的领域,由于其本身具有质量轻、易变形、抗冲击等特点,可以应用到航天、探测、救灾等很多领域当中,已经引起大量学者的广泛关注。本文对四杆张拉整体机器人进行深入研究,主要包括几何构型、结构变形与运动学分析、结构稳定性与承载能力分析、运动仿真以及实物样机的试验,具体内容如下:首先进行一阶张拉整体结构数学模型的建立。通过建立结构的节点矢量矩阵,构件矢量矩阵,用连接矩阵建立起节点矢量矩阵与构件矢量矩阵之间的连接关系,从而建立出理论构型。根据节点力平衡关系进行扭转角度α值的确定,得出p根杆组成的一阶张拉整体结构的p-1种不同的理论构型。构建出所需要的四杆张拉整体结构三种理论构型和实物模型,并通过分析比较,选择第一种理论构型与实物模型作为本文的研究对象。其次对四杆张拉整体机器人运动学分析。通过结构的变形形状分析,表示出结构节点坐标与对角索长度变化之间的函数关系,从而得到结构变形过程中任意位置的节点坐标值。运用齐次坐标转换法对建立出的理论模型进行坐标的齐次变换,得到结构侧面三角形位于XOY面上的位姿,方便分析结构质心与着地面三角形之间的位置关系。分别对奇偶数步态结构通过变形完成翻转的可行性进行了分析,确定了对角索长度变化范围和其他构件长度的对应关系,从而确定结构实现连续滚动过程中驱动索构件长度的连续变化量。最终通过变形过程中节点位置变化,得到节点运动的速度、加速度与对角索长度变化之间确定的函数关系,确定了结构变形过程中驱动索构件的控速策略。接着建立节点力平衡方程以及变形协调方程,运用SM法和乘积力法对结构的初始形态以及变形过程中的形态稳定性进行判定,确保建立的四杆张拉整体机器人结构是稳定的,具有可控性,不会发生矢稳现象。利用有限元法构建结构的刚度矩阵,对结构施加预应力,从而对结构的刚度矩阵进行修正,得到适用于张拉整体结构系统的刚度矩阵。在施加外力的条件下,通过分析结构的变形量来判断结构的承载能力,确保结构具有承载一定量载荷而不会发生变形。最后进行运动仿真和样机的试验。运用ADAMS软件对四杆张拉整体机器人奇偶数步态变形翻转运动仿真、整体步态连续运动仿真、通过驱动单个对角索构件使结构发生变形完成结构滚动转弯运动仿真,绘制四杆张拉整体机器人运动中节点位移曲线以及质心运动轨迹,并验证其理论分析的正确性。通过试验的方法,确定了四杆张拉整体机器人的驱动方式。运用Solidworks软件完成样机三维模型的创建,并制作出实物样机。对样机进行奇偶数步态变形翻转运动以及变形转弯翻转运动的试验,再次验证前面理论分析的正确性,并为完成四杆张拉整体机器人连续滚动打下基石。