仿人机器人是具有双足步行特征的类人机器人,在危险作业、医疗、服务等领域具有广阔的应用空间。但是仿人机器人双足行走不稳定,在复杂的环境中工作时,仿人机器人有可能失去平衡而摔倒并受到很大的地面冲击力,导致仿人机器人的机械结构或者一些核心部件被破坏,进而无法完成设定的任务和目标。本文的目的是为了提高仿人机器人的适应能力,在仿人机器人摔倒或者受到冲击时,手臂的机械保护机构能够有效避免仿人机器人的核心部件受到破坏。本文首先分析了人体向前摔倒的运动规律和本能的保护动作,为仿人机器人的保护机构设计和新的保护方法开发奠定基础。本文将手臂的摔倒保护机构分成三个部分进行独立设计,三种不同原理的机械保护结构分别应用在仿人机器人的肩部、肘部和手臂末端,用来进行仿人机器人的保护;其次,设计肘部的串联弹性驱动器,包括驱动装置、减速装置、以及弹性关节和执行器,用于机械臂着地时吸收能量减少冲击力。接着对执行器的运动情况进行仿真和分析,同时对关键零部件进行静力校核并优化设计;再次,设计肩部的力矩限制器,当冲击过大时,输入端与输出端分开,输出端可以随轴承随意转动,从而保护电机和减速器,避免力矩过大而导致其损坏;最后,设计一种具有自适应性的手部结构,使仿人机器人支撑地面时软着地,同时增大与地面的静摩擦力,防止因为手臂与地面发生相对滑动产生不可控制的损害。