鸟类的颈部曲线优美,运动灵活,具有天然出色的稳定性。从机械结构和运动学角度来看,鸟类典型又复杂的颈部结构和其独特的运动特性为其实现头部稳定性提供了必要的物质基础。因此,鸟类典型颈部结构研究,可为仿生机构设计和维稳运动轨迹规划提供设计灵感。本文以典型鸟类（鹅:鸟纲雁形目）颈部为研究对象,研究其颈椎结构特征,分析鸟类颈部静态与动态运动特性,并结合运动学特征,通过D-H正逆运动学建模方法,建立仿鸟颈维稳运动学模型。仿照鸟颈椎关节结构特征与肌肉分布特征,设计出仿生鸟颈维稳机构样机,并通过实验验证仿生鸟颈机构的维稳特征。本研究可为仿生鸟颈机器人的维稳机构设计提供理论参考。本论文主要包含以下研究内容:（1）利用计算机断层扫描技术（Computed tomography,CT）和三维逆向重建技术,研究了鸟类颈部关节结构特征,并对其结构特征与静态运动特征之间关系的一般规律进行分析归纳。研究结果表明,鹅和鸭的颈部关节整体上具有相似的形态和结构特征;但从具体形态来看,鹅颈与鸭颈关节又具有明显的差别,具体表现为鹅颈椎间关节和小关节相比鸭颈关节具有更大的相对运动范围,即鹅颈比鸭颈更灵活。（2）利用双平面三维动态X光运动捕捉系统,采集了鹅颈在三个方向（前后,左右,上下）上的被动匀速运动学数据,观察研究了鹅颈椎关节间的运动维稳情况,经过大量试验,发现鹅颈在前后方向和上下方向上维稳效果显著。对鹅颈在前后方向和上下方向上的维稳运动进行分析,在单节颈椎上建立局域坐标系并处理数据,获得了空间旋转角数据,进而分析了鹅颈椎的C4/C5,C5/C6,C6/C7和C7/C8四个关节在头部维稳中的运动特性。其中包括四个关节的前屈背屈,左右侧屈,左右旋转运动特性,以及相应的运动范围,区间大小和斜率等运动特征参数。研究发现,鹅颈有两种典型运动模式:1)通过矢状面方向上的主运动配合少量的颈椎旋转耦合运动;2)通过矢状面方向的主运动配合额状面方向上的耦合运动来完成头部稳定。（3）基于上述鹅颈关节结构特征研究和运动学分析,对其躯体在前后方向和上下方向上的二维平面运动过程中颈部的维稳运动特性进行了建模和求解。首先,给出了仿鸟颈机构连杆和末端在空间直角坐标系中的数学表达式,坐标系间的数学变换以及齐次矩阵变换;其次,通过改进型D-H建模法建立了仿鸟颈机构的数学模型,根据D-H参数表,通过正向运动学详细推导了末端执行器的齐次位姿矩阵,根据齐次位姿矩阵通过逆运动学反推出各个关节角度的表达式,同时,仿照鸟颈椎关节结构特征与肌肉分布特征,设计出仿生鸟颈维稳机构样机,并通过实验验证仿生机构的维稳特征。本研究通过对鹅和鸭这两种典型鸟类颈椎结构进行研究,分析了其结构几何特征和运动学特征,并对两种典型鸟类颈椎的结构特征和运动特性进行了对比研究,研究结果表明:鹅颈椎间关节和小关节相比鸭颈关节具有更大的相对运动范围。研究进一步采用三维动态X光运动捕捉系统对鹅颈的维稳运动特性进行了实验研究,获得了其颈椎关节在维稳运动中的特征参数,并发现了鹅颈的两种典型运动模式。最后,基于对鹅颈结构特征和运动特征的研究,建立了仿鸟颈机构D-H数学模型,并对其每一关节的运动参数进行了正向运动学求解和逆向运动学求解,为仿鸟颈机器人维稳运动规划提供了理论基础。