随着传统能源的日益减少和环保意识的不断提高,核电作为绿色能源,其需求不断增多。但无论是传统能源的开采还是核电能源的开发,一旦发生事故,将会对工作人员和周围环境造成灾难性的影响。因此,利用机器人对能源开发作业环境中的各设备进行巡视检修意义重大。轮式及履带式移动机器人在应用于非结构化环境时,越障能力不足。足式机器人具有落脚点离散、重心易调节的特点,适合于该环境中执行应急巡检任务。足式机器人的运动性能在很大程度上取决于腿部机构的性能,目前国内外学者研究的腿部机构主要有串联、并联、混联三种形式,但将其应用于高温、高湿、强辐射的能源开发环境下普遍存在着动力源分散,不便集中防护的问题。综合考虑应急巡检机器人的非结构化环境适应性以及动力源系统的防护问题,本文提出一种新型混联支路并联腿部机构,动力源集中布置、易于防护。完成了新型腿部机构的自由度分析、正反解模型、工作空间绘制、关键参数尺度综合、轨迹规划研究,并进行了运动学仿真及单腿摆动实验。具体研究内容如下:1.鉴于新型混联支路并联腿结构的复杂性,将其拆分为驱动分支和主分支。基于螺旋理论首先证明了驱动支链的无约束特性,然后证明了混联支路并联腿部机构的自由度与主分支自由度等价,具有三个转动、一个移动共四个自由度。由机构具有确定运动的条件和螺旋分析证明了驱动分支的半解耦特性。2.由坐标变换和杆长不变条件分别建立驱动空间和关节空间的运动学正反解模型,同时,以解析表达式的角度验证了驱动空间的半解耦特性。基于位置正解总方程及各约束条件,使用支链参数组合法绘制了足端点工作空间,关于矢状面对称,各方向运动范围基本满足非结构环境下移动和越障的需求。3.基于位置正反解方程推导出速度雅克比矩阵。结合雅克比矩阵条件数及腿部机构驱动空间和关节空间分离的特点,提出了一种带权重混合条件数运动性能评价指标,以该指标为目标函数采用性能图谱分析和粒子群算法联合的方法对四个关键参数进行了优化。4.基于多项式曲线对足端轨迹进行规划,使用Adams对腿部机构的摆腿运动进行双向仿真。首先以足端规划轨迹驱动腿部机构,然后以移动副位移曲线驱动腿部机构,腿部摆动时运行平稳无冲击,验证了摆腿运动的可行性。5.综合考虑运动副的实现及各构件的加工、装配需求,补充设计新型腿部机构的结构细节并试制了单腿样机实验平台。基于Zbasic语言编写运动控制程序,然后对单腿摆动进行实验,验证了腿部机构的合理性。