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仿人双足机器人能很好地适应各种复杂环境,比轮式、履带式以及多足机器人更具优势,应用前景广阔,是近年来研究的热点。其中,可飞行的陆空作业双足机器人更是当今世界研究的热门方向,其具有重量轻、灵活性好,柔性化程度高等特点,进而能实现陆空协调作业。基于陆空作业双足机器人的仿人行走功能及轻量化需求,本文以人体结构为基础,对轻量化双足机器人进行了前期研究,设计了一种轻量化机器人腿部结构及驱动装置,以期最终其能够应用到可飞行的仿人机器人当中。主要研究工作如下:(1)对人体腿部的运动机理进行研究,分析其骨骼结构和关节原理,仿生设计机器人腿部结构及驱动装置。针对轻量化需求,从方案原理、材料选用、结构优化三个层次展开了相关研究;为增强机器人的柔性,在驱动装置中添加了弹性元件,建立柔性驱动装置力学简化模型。在此基础上对机器人及主要零部件进行了力学分析,以验证相应结构及材料的合理性。(2)结合机器人腿部结构,完成各关节的连杆机构及空间并联机构的运动学分析,得出关节转角与驱动装置输出的关系。以膝关节为例,结合腿部整体结构,对驱动机构进行动力学建模及驱动特性研究,重点研究驱动装置中弹性元件的具体功能,利用MATLAB函数完成了膝关节机构重要尺寸和相应弹性元件刚度的优化,确定最优尺寸参数值及弹性元件的最优刚度值。(3)利用倒立摆原理规划了机器人的步态,通过ADAMS完成了轻量化机器人腿部运动仿真,验证了步态规划结果的正确性。得出各关节力矩曲线图,为驱动器选型提供了依据。在上述研究工作基础上,完成机器人腿部驱动装置的制作,进行了相关实验,验证了驱动方式的有效性以及弹性元件的功能,希望对陆空作业双足机器人的研究发展有所裨益。