足式机器人相较于传统的行走机械,其跟地面的接触面积较小,即使在路面极度崎岖的情况下,也能够自如地行走。除此以外,多足步行机器人有多种行走步态,能够进行步态之间的转换,因此具有较高的容错率,其可靠性较高。足式机器人能适应山地、雪地、沙漠、丘陵等不平整的路面,在某些特殊领域,如极端地形抢险救灾、军事侦查及反恐防爆等具有较高的潜能,因此成为时下的研究热点,在未来将有较好的发展前景。本文对单腿机构进行了D-H建模和正逆运动学计算,通过正运动学计算得到了确定足端落点的数学模型,再借由MATLAB仿真确定了不同腿长比例下的足端落点空间。结合设计要求和不同腿长比例下的足端落点空间,选择了一种更能满足需求的腿长比例。除此以外,还对正运动学模型求逆得到了逆运动学模型,即由足端落点位置确定驱动关节转角和液压缸收缩量的模型。为进一步验证此腿长比例的正确性,在给定越障高度和行进步长的情况下,对此比例下的单腿进行Adams仿真,确定在预设角度范围内能否完成越障与行进要求。关于铰点位置优化,本文采用了一种智能算法——粒子群算法。在满足基本安装要求的情况下,以液压缸输出力的力臂最大为优化目标,应用MATLAB软件进行编程,对各个液压缸的铰点位置进行计算。通过一定次数的迭代,最终力臂稳定在一个定值,此时的设计变量值即为所求。为确定在系统实际运行的过程中各液压缸的出力状况,对各个液压缸优化前后的出力分别进行计算与仿真,通过结果对比确定了上述铰点优化的有效性。为进行单腿的运动学研究,设计了足端的运行曲线并应用Adams对单腿的运动性能进行了仿真,对比所设计的足端运行曲线与仿真所得到的足端位移曲线确定了运动学计算的正确性。运用ANSYS workbench对现有单腿机械结构进行仿真,得到了单腿的静力学变化图,针对单腿的模态进行仿真得到其各阶的频率。以仿真运算结果为依据,寻找结构轻量化的突破口,应用响应面分析法和变密度拓扑优化法对基节的结构进行优化。优化后再进行静力学仿真以验证优化后腿部结构的刚度及强度。