双足机器人运动结构解析

双足机器人是与人类最接近的一种机器人，其关键技术就是双足步行，最大的特征就是能像人类一样行走，可以完成人类基本的运动功能，尽管目前在仿人机器人领域已经取得了很大的成果，但相对于人类行走，怎样提高在行走过程中步态的稳定性、灵活性、行走速度以及独立性等仍然是个很大的挑战。由于足部是在行走过程中唯一与地面直接接触的机构，直接受到地面的反作用力，因此足部与地面的接触情况以及缓解冲击的重要性就显而易见。

本文主要针对双足机器人仿生足部运动机构开展研究，主要工作如下：1、分析了双足机器人足部关节研究的目的及意义，归纳了各种类型的足部机构的优缺点，综述了国内外的研究，提出从仿生学的角度利用柔顺机构学原理解决足部结构设计的可行性。2、结合解剖学、人体运动力学、仿生学和柔顺机构学等相关知识，分析足部关节的结构及其各部分（骨骼、肌肉）的运动功能，通过对人体行走步态的研究，分析足部关节抗冲击、减震、储能等方面的结构特征，为仿生柔顺节能足的进一步的研究提供了基础依据。3、根据双足机器人在行走过程中脚趾的运动特征，提出了脚趾与脚掌的连接方法。应用柔顺机构原理，设计了三种不同的柔顺机构模型。利用SolidWorksSimulation软件中的非线性分析方法，对以上三种柔顺机构进行了计算与优化，比较分析应力与位移大小。设计了一种适用于“脚跟着地，脚尖离地”行走步态的脚趾柔顺铰链，为以后的行走方式的改变提供了可能。4、从仿生学的角度出发，完成了仿生足单元的整体结构设计。根据路面状况优化了脚趾结构和脚跟结构，使其对地面具有更好的适应性，同时，对脚跟冲击吸收机构进行了分析和优化。由于避震器具有良好的冲击吸收功能，在此采用了避震器与弹簧板相结合的机构。根据所确定的避震器参数，对弹簧板进行有限元分析。最后，完成了橡胶脚底层材料以及六维力力矩传感器的选择。