双足机器人的踝关节,不仅应该具有与人体踝关节相似的外形、力矩,还应该具有类似人的缓冲功能和直立抗扰能力。本文对双足机器人踝关节的结构和控制算法进行了设计。双足机器人踝关节结构中加入了串联弹性作动器(Series Elastic Actuator,SEA),基于人体踝关节的直立抗干扰机制设计了控制算法。研究内容如下:(1)根据人体足部、踝关节和小腿的尺寸和重量,设计与人体足部、踝关节和小腿外形相近、重量相似的双足机器人踝关节机械结构。在双足机器人踝关节结构中加入SEA,使其具有缓冲功能,方便实现力矩控制和位置控制。(2)在结构设计的基础上,设计了踝关节控制系统的硬件和软件平台。硬件平台使用光电编码器采集踝关节和电机的旋转角度信息,以STM32作为主控板驱动电机。软件平台进行逻辑处理,包括下位机和上位机两部分,两者间通过WiFi通信。(3)完成人体直立抗扰实验,分析人的直立抗扰原理。根据人体直立抗扰原理,结合双足机器人踝关节的结构和控制系统设计,提出了仿肌肉反射控制算法。该算法为两层闭环控制,外层是仿肌肉反射控制,内层是基于SEA的力矩控制。仿肌肉反射控制算法运行在下位机软件平台上。通过对机器人踝关节进行定刚度旋转实验和直立抗扰实验,证明仿肌肉反射控制算法可以实现与人体踝关节相近的直立抗扰效果。