人类无论是在平坦的地面还是在具有一定坡度的地面上进行行走时,都可以保持稳定不跌倒,可见人体足部具备自稳定的结构特征。足部结构经过形态结构简化和运动特征规律总结,结合张拉机构具有质量小、惯性力低、柔顺性好、可折叠等特点,实现了适应复杂的地面,柔顺行走的目的。虽然柔性张拉机构具有柔顺性、安全性、适应性的优点,但是柔性机构刚度较差,施加外力的状态下不易维持稳定状态。因此,锁紧机构的设计和添加对于足式机构稳定性具重要作用。在基于张拉机构与人体肌肉骨骼系统具有相似性的基础上,提出一种仿生足式锁紧机构用于提升传统足式机器人稳定性。通过人体足部踝关节运动特征的提取和形态结构简化建立了生物功能映射简化模型,构建锁紧机构,添加到柔性张拉机构中,实现机构的灵活锁紧。本文以机构学和仿生学理论为基础,通过对人足运动特征和生物结构特点进行分析,将柔性张拉机构与稳定锁紧刚性机构进行有机结合,完成具有自适应地形与稳定锁紧功能的仿生足式机构设计。本文研究的主要内容包含以下几部分:(1)人体足部踝关节结构特征和运动特点。以仿生学相关理论为基础,提取人体足部踝关节的结构特征和运动特点,分析足踝关节稳定性原理。(2)柔性机构与刚性机构的耦合。对柔性张拉机构仿生足进行构型相关尺寸确定和稳定性分析,并根据人体足部踝关节锁紧机制设计刚性锁紧机构。将张拉机构和锁紧机构实现耦合,得到仿生足式机构。(3)机构的运动仿真与稳定构型设计。将具有锁紧功能的仿生足式机构利用ADAMS进行运动仿真,验证机构自适应性和稳定性。在此基础上,通过更改机构的弹簧排列方式,得到仿生足式机构稳定构型,并利用Solid Works软件绘制机构三维模型图。(4)物理样机制作组装与测试。利用3D打印技术制造物理样机,并根据Solid Works绘制的模型图完成机构的装配和调试。通过实验验证仿生足式机构自适应性、稳定性和自恢复能力,并测试仿生足式机构稳定行走的能力。将人体足部生物结构作为仿生模板,以仿生学和机构学理论为基础,得到仿生足的张拉机构与锁紧机构,通过刚柔耦合,实现了具有稳定性和自适应性的仿生足式机构的设计,用于解决仿人机器人在行走过程中适应地形能力差和足踝部不稳定的问题。