随着机械,电子等行业的蓬勃发展,机器人技术愈加成熟并得到广泛应用。足式机器人具有土壤机械压实作用小,作业时作物损害轻、故障时易撤离现场等优点,正成为国内外农情信息采集领域的发展方向之一。目前,有关足式机器人腿部与流变型土壤间的相互作用机理的研究基础薄弱,其腿部设计方法和设计依据非常匮乏。因此,开展足式机器人腿部结构与流变型土壤的之间相互作用的动态仿真与试验研究,对于推进农田足式机器人技术进步和产业化应用等均具有重要意义。本课题旨在设计制作一套足式机器人单腿土槽试验台系统及构建一套与实际环境相一致的单腿足-地作用虚拟仿真测试平台,进行单腿在土壤表面行走的动态仿真以及土槽试验台实际行走试验,分析系统能耗的大小及运动特性,旨在揭示足式机器人推进机构与流变型土壤间的相互作用机理,为农田足式机器人腿部设计及优化提供科学依据。首先,基于土槽试验台总体机械设计方案,对土槽试验台的机械本体的各部分进行详细的设计、校核、加工及装配,搭建起试验台的实物平台。其次,完成了足式机器人单腿土槽试验台测控系统的硬件设计及软件设计。选取了试验台上所需的硬件,并完成土槽试验台电气控制柜的研制。通过C#与PLC的联合编程,实现了土槽试验台的自动控制与数据采集。然后,运用ABAQUS有限元软件,建立了流变型土壤的本构模型。基于ABAQUS/Explicit算法,构建了机械腿在农田土壤中行走的虚拟仿真测试平台,并在机械腿的沉陷试验中验证了有限元模型的合理性。最后,通过有限元仿真测试平台的正交试验,寻找到最优的步态轨迹与足端结构,并基于土槽试验台的实际试验对结论的可靠性进行了验证。试验表明,各个因素对系统能耗比的影响程度依次为:足端形状>步长>周期>步高,其中足端形状的影响最为显著;单位距离内,机械腿采用步长150mm,步高55mm,周期2.4s和柱形的足端结构,系统的能耗是最少的;在整个周期的运动中,机械腿的入土过程是最耗费能量的。试验结果在一定程度上揭示了足式机器人在农田土壤上的运动机理,为农田足式机器人的设计优化奠定了基础。