小型双足步行机器人机械结构设计

该双足步行机械结构主要面向小型仿生机器人教学验证、步态算法实物测试场景使用，可作为高校机器人工程专业课程设计、机器人竞赛参赛作品的硬件载体，也可用于小型室内巡检机器人的行走单元开发，替代传统轮式结构实现台阶、小幅障碍路面的通行适配。整套结构采用分层布局设计，最上层为电控安装层，预留了主控板、驱动模块、传感元件的安装孔位，层间采用铜柱支撑留出布线空间，侧边设置立式支架用于固定电池模块，避免走线外露干涉腿部运动。髋部位置布置两个大扭矩舵机作为髋关节驱动源，直接输出动力带动腿部整体摆动，舵机安装座采用嵌入式卡槽结构，配合侧面顶丝固定，减少舵机工作时的径向窜动，安装座与上层电控框架采用螺栓刚性连接，保证髋部支撑刚度。腿部采用平行四边形连杆结构设计，替代传统串联关节的多舵机布局，单腿仅通过髋部舵机配合连杆传动即可实现抬腿、迈步的复合动作，大幅降低整机重量与控制复杂度；连杆铰接处采用带法兰的铜套作为转动副，减少转动间隙同时提升耐磨性能，连杆截面采用U型槽结构，在保证结构强度的同时预留了走线空间，可将舵机引线、足部传感线路隐藏在连杆槽内，避免运动过程中线路拉扯磨损。足部设计为带弧形前掌的块状结构，底部预留了防滑垫粘贴槽与压力传感器安装位，足面与小腿连杆的铰接点位置经过重心配平计算，保证静态站立时整机重心投影落在双脚支撑面范围内，减少步态控制中的平衡补偿压力。整机安装边界控制在宽度120mm、前后深度100mm、总高度220mm范围内，所有外露螺栓均采用内六角圆柱头螺钉，螺钉头沉入零件沉孔内，避免运动过程中螺钉头与周边连杆发生刮蹭；零件壁厚统一设置为2mm，受力较大的舵机安装座、连杆铰接位置局部加厚至3.5mm，兼顾轻量化与结构强度需求。设计过程中针对腿部运动行程做了干涉仿真验证，确认迈步时前后腿、腿部与上层框架之间最小安全间隙为3mm，不会出现运动卡滞问题；电控层与髋部舵机之间设置了15mm的隔热间隙，避免舵机长时工作产生的热量传导至上层主控板影响元件稳定性。该结构可直接适配标准尺寸的数字舵机，安装孔位兼容主流开源机器人主控板的固定尺寸，使用者无需二次修改结构即可完成硬件组装，快速开展步态调试、二次功能开发工作；腿部连杆的传动比经过反复迭代优化，在舵机额定扭矩输出范围内可实现最大30mm的抬腿高度，适配最高20mm的台阶跨越需求，满足常规室内非平整路面的行走测试要求。