机器人尤其是小型仿人机器人汇集了当今世界在机电、材料、计算机、传感器、控制技术等多个学科领域的尖端技术,而娱乐机器人不强调技术的先进性和复杂性,而是以给人们带来欢乐和享受为宗旨。本文试图在这两者之间找到一个结合点,开发一个结构简单、成本较低但是能够实现简单步行的小型仿人机器人玩具。论文的第一部分首先简要地介绍了小型仿人机器人的概念、发展历程以及小型仿人机器人和娱乐机器人的情况,然后介绍了本研究项目的背景和目标。论文的第二部分阐述了小型仿人机器人玩具的总体设计原则和目标,提出了机器人的总体结构,讨论了关节自由度的设置和驱动系统的配置问题。论文的第三部分根据结构特性建立了仿人机器人动力学数学模型,提出了建立虚拟样机模型的必要参数,包括运动学参数、质量特性参数、力学特性参数和外界参数等;并利用Pro/E建立了三维样机模型,然后在ADAMS中进行运动学模型验证;最后在ADAMS中对虚拟样机模型进行了直线行走过程的动力学仿真。ADAMS采用拉格朗日动力学方程,辅以刚性积分算法以及稀疏矩阵技术来求解模型。在进行仿真的过程中,可以进行动态仿真过程观察、模型更改以及仿真结果的处理工作,同时获得了小型仿人机器人的行走速度。仿真结果的关节角运动曲线可以为实际运动提供依据,关节力矩曲线能为本体设计提供依据。最后根据虚拟样机仿真过程,可以获得大腿、小腿、大臂、小臂和U型叉的约束条件以及受力状况,从而对大腿、小腿和大臂、小臂进行模态分析,以及对U型叉、髋部十字轴等部件进行应力分析并且提出结构的合理改进。通过以上各个步骤的工作,最终完成了小型仿人机器人的本体结构优化设计。