随着人口老龄化以及残疾人数的不断增长,老龄产业逐渐成为社会的主要动力产业之一。由于国内很多“老破小”的公寓楼并没有安装电梯,严重影响了腿脚不便人士的出行,所以社会对智能爬楼轮椅的需求愈加迫切。在这样的背景下,本课题设计了一款轮腿混合式八足爬楼轮椅,有效改善老年人和残障人士的出行与生活。而前腿机构作为该轮椅最重要的执行机构,对爬楼轮椅起着攀爬运动与支撑平衡的作用,前腿机构的动力学特性决定着轮椅整机的爬楼性能,所以合理的设计前腿机构对整个轮椅起着至关重要的作用。本文对爬楼轮椅的前腿机构进行运动学分析,在此基础上对其进行了动力学分析和优化设计。主要包括以下内容:首先,对爬楼轮椅整机进行简单的介绍,详细描述了前腿机构的工作特性,建立爬楼轮椅前腿机构的运动学模型,对其运动学逆解问题进行了分析。给出了前腿机构的工作空间,并利用MATLAB软件仿真得到各活动构件的位移,速度以及加速度,验证了运动学模型的正确性,为前腿机构后续的动力学分析提供理论基础。其次,分析了前腿机构在爬楼梯时各轮的受力情况,将其分为两种工况,分别对各工况下的各个构件进行力学分析,并采用牛顿-欧拉法消除各分支的内力建立起输入与输出之间的动力学模型。同时对各个工况存在关节摩擦情况下的动力学进行分析,引入库伦摩擦模型,采用牛顿-欧拉法建立含关节摩擦前腿机构的动力学模型。分别利用ADAMS和MATLAB进行仿真,通过对比仿真结果验证动力学模型的正确性,定量分析存在关节摩擦对前腿机构动态性能的影响。最后,以前腿机构工作空间、输入杆所需力矩以及雅可比矩阵条件数为评价指标,建立了前腿机构的多目标优化模型,利用NSGA-II算法对前腿机构进行尺寸综合,根据研究过程中所强调优化子目标的不同,给出多组设计方案,在对爬楼轮椅前腿机构设计中,需要综合考虑各个子目标,因而选择该设计方案,进行优化前后各个评价指标的对比分析。