近年来,灾害事件、恐怖袭击频发,使得搜救机器人逐渐成为机器人产业中受到较大关注的一个分支。搜救机器人凭借其自身结构特点可以在战后、灾后(地震、火灾、恐怖袭击等)未知而复杂的环境中代替人类进行探索、通讯、运输、建图,执行搜救任务,其发展前景广阔、发展速度迅猛。本文结合机器人机构学和步态控制等领域国际前沿知识,研究出一种兼具速度和运动稳定性的六足弧腿机器人,全文内容包括机器人弧腿结构参数优化、典型步态的运动学建模、弧腿有限元建模与优化、样机搭建及仿真实验。本文主要进行的工作如下:1.面对搜救任务的特殊复杂环境,提出一种新型六足弧腿机器人,该机器人的每条腿都由三段弧腿组成,由于特殊的结构设计,该机器人结构简单并且兼具越障能力、快速运动能力、稳定运动能力等特点。通过机构分析和理论分析优选出三段腿结构,并进行仿真验证。为获得机器人弧腿的最优结构参数,首先构建目标函数、确定参数空间和边界条件,然后采用模拟退火算法进行弧腿结构的参数优化,从而获得兼具快速运动和稳定性较好等特点的最优弧腿结构参数,最后进行受力分析。2.基于新型弧腿结构,介绍步态概念,并对电机转速曲线进行优化,并在此基础上设计典型的三足步态和四足步态,并进行运动学分析,得到两种步态不同位置触地时电机转速与弧腿瞬时速度、加速度间关系,方便后续进行步态控制。采用静态稳定裕量法研究三足步态和四足步态的静态稳定性、采用倾覆法研究步态的动态稳定性,验证所设计步态具有较好的稳定性。最后分析越障与步态间关系,完成满足越障需求且质心波动较低的步态设计。3.采用ABAQUS软件,对单弧腿进行有限元建模与静应力分析。此后,基于现有材料,通过机器人柔性体动力学仿真探究合适的材料组合;探究采用三足步态时机器人的速度与运动过程中质心波动程度的关系以及速度与单个障碍物高度之间的关系;探究采用四足步态时,机器人第一对弧腿与第一级台阶水平距离、机器人抬升阶段相位角度与机器人攀爬楼梯是否成功之间的关系。4.采用ADAMS、SolidWorks软件和ROS机器人开发平台,搭建机器人的虚拟样机模型,进行关键硬件的选型,并在此基础上进行控制系统设计。最终完成模型构建、仿真环境搭建、PID参数调整和步态协调处理方法设计,达到预想的两种步态、三种模式以及步态实时调整的控制目标。最后进行虚拟样机动力学仿真实验,包括步态协调实验、切换步态实验、转向步态实验。