随着机器人技术的发展和智能程度的不断提高,进一步丰富了机器人的应用领域。为了提高移动机器人的环境适应性,机器人的结构越来越复杂化,进而导致控制难度越来越高。本文探索了一种可以在简化机构的情况下提高机器人对于环境适应性的思路,提出了一种面向非结构化地形环境的移动机器人设计分析与腿部构型设计、运动性能分析相结合的方法,融入一般机器人设计过程所忽视的需求分析、功能开发等方法层面的内容,形成一种新颖的机器人设计思路。本文从机器人设计方法出发,通过对运行工作环境的详细研究,结合简单生物也具有较高的环境适应能力的现象,简化结构设计,使机器人更加适应环境。在研究机器人运行环境时,基于“情境分析法”,采用“人-机-务-环”耦合分析过程,得到机器人设计所需的功能和机器人设计所需的约束参数,通过对环境的分析,得到了机器人的运行环境以及影响机器人运动性能的关键参数,而不是像现在多数学者那样,先设计结构再让结构去适应环境。通过对机器人设计所需的功能的聚类分析,得出机器人设计的主要功能和设计约束参数。为了简化机器人腿部结构设计,从闭链四杆机构分析入手,逐步演化到闭链五杆机构,并对其进行构型设计和运动性能分析,建立了基于李群李代数理论的数学模型,分析闭链五杆机构的运动状况,最后设计了机器人样机,并对针对典型环境进行了试验。实验的结构表明:机器人通过改变形态去适应一些地形的方法是可行的,并且取得了一定效果,多种运动模式使机器人增强了环境的适应性。机器人设计不完备,存在一些问题如运动不稳定,转弯不方便等问题。主要工作及相关研究内容如下:1,针对代表性的腿式机器人结构形式,对典型环境对机器人结构的影响进行了分析。选取了四组经典腿式机器人结构,结合大狗机器人运行的典型环境,如雪地环境、沙滩环境等。分析环境细节对于腿式机器人功能与结构的影响,如沙滩细沙对于大狗机器人足端设计的影响等。2,选取典型的工作环境片段,采用情境分析法,得出机器人设计的需求和功能。在对机器人环境分析时,采用“人-机-务-环”的分析思路,将选取的环境片段通过逻辑关联的故事形式呈现出完整的事件。通过情境分析法模拟机器人运行状态和运行时所遇到的问题,提出机器人运行时的用户需求,从需求出发推出机器人运行时应该具有的功能,对功能进行聚类分析,得出拟设计机器人时功能排序。提取影响机器人设计时重要功能的环境因素及主要参数。3,面向提取的环境参数,探索了采用闭链连杆机构适应复杂环境的思路。选用闭链多连杆机构作为机器人腿部结构,首先用闭链四杆作为腿部结构的最初构型,通过整合适应不同非结构地形的输出端轨迹,进而采用一个闭链五杆机构代替上述多个四杆机构,在提高机器人的环境适应性的前提下,简化了腿部结构。4,研究了腿部机构的李群李代数理论,包括闭链五杆机构的奇异性和运动特性等。结合多运动模式的方法,分析五杆机构满足的杆长比例条件,建立在该五杆原理下的数学模型,分析其奇异性。选取满足机器人设计环境以及五杆杆长条件的杆长参数,建立运动学模型,分析腿部结构的奇异性。利用定性机构学的方法分析机器人腿部运行状态。5,设计制作四腿机器人样机并进行测试试验。通过环境分析、运动整合以及运动学分析,确定机器人腿部杆长关系,通过杆长关系设计机器人的整体样机,对样机进行了平地、斜坡、草地、台阶测试实验。