足式机器人凭借运动灵活、活动范围大和对工作地形要求低的特点备受关注和研究,但同时也存在一些问题,如质量较重、续航较短,使用的刚性关节在长期工作会发生关节磨损导致可靠性下降等。而张拉整体结构具有轻质量、低惯量、自由度高和良好的抗干扰和抗环境扰动的特点,因此本课题考虑将张拉整体关节应用于足式机器人,模仿动物的肌肉骨骼系统进行结构设计和驱动布置,得到一种基于张拉整体关节的仿人腿结构,能够适应各种复杂地形行走,且结构较轻惯量较低,刚度可以调节,具有一定的抗冲击和抗环境扰动等优点。本课题首先设计了一种二自由度的张拉整体关节,并使用该关节替代足式机器人中的髋关节和膝关节,从而得到一种基于张拉整体关节的仿人腿结构,随后参考人体的肌肉骨骼系统进行对驱动装置的布置,完成张拉整体关节仿人腿的结构设计。其次假设张拉整体关节的旋转轴在转动的过程中不发生偏移,建立了正逆运动学模型和动力学模型,求解了张拉整体关节仿人腿的工作空间,并在仿真软件中进行了基于工作空间的运动控制。并搭建了第一代实验样机,在实际实验中发现膝关节需要髌骨结构来保持力臂的始终有效,因此设计了带有髌骨的张拉整体关节仿人腿结构。随后分析了带髌骨的张拉整体关节仿人腿的刚度,包括刚度矩阵和通过改变主动绳中的内力来改变系统的刚度,建立了主动绳内力与系统刚度的关系。在仿真软件中建立了其动力学模型,并使用位置控制对张拉关节腿完成了位置控制、轨迹跟踪和仿人步态的摆动,对髋关节添加一定约束完成了跳跃的仿真。最后搭建了张拉整体关节仿人腿的实验样机,包括实验样机的结构设计和元器件选型,搭建了基于XPC工控机的电机实时位置控制系统,为实验提供硬件基础。完成了张拉整体关节仿人腿的位置控制、轨迹跟踪和仿人步态的实验验证。