仿人机器人是一种依据人类外形结构设计的机器,是集计算机技术、微电子技术、机械设计技术、传感及控制技术于一身的机电一体化产品,它主要由主体结构、动力部分、传感部分、驱动部分、执行部分、控制及信息部分组成。本课题完成了一个仿人机器人各个组成部分的设计,并对其进行了步态规划和力学分析的研究。具体研究工作主要包括以下几个方面:首先,通过研究人体的相关结构尺寸和各关节运动特征,选取仿人机器人的机构形式,确定机器人的自由度配置、机械结构和尺寸;对所设计的仿人机器人进行了运动学建模和分析,采用广义坐标法,在其前向和侧向分别建立了运动学模型,并进行正逆运动学求解。其次,以ZMP(零力矩点)作为稳定判据,对机器人行走时应满足的约束条件进行了分析,并采用基于三次样条函数的三点式规划法进行步态规划,将步态数据导入ADAMS中进行仿真,仿真结果证明了本文所采用的规划方法可以实现仿人机器人的稳定动态步行。之后,根据虚拟样机仿真结果,可以获得大腿、小腿、大臂的约束条件和踝关节U型部件的受力状况,通过对大腿、小腿和大臂进行模态分析,以及对踝关节U型部件进行应力分析提出了结构的合理改进方案。最后,设计了机器人的控制系统。为增强仿人机器人的可扩展性,控制系统采用了功能强大的Cortex-M4核心,依次完成机器人动力部分、传感部分、驱动部分、执行部分、控制及信息部分以及上位机软件的设计,再将各基本功能模块整合为一体化的仿人机器人;同时通过上位机软件,能轻松实现机器人动作编程。