四足哺乳动物有着运动速度快、跳跃能力强和复杂环境中的适应能力好等众多优点。以四足哺乳动物为原型的四足仿生机器人在众多领域有着广阔的应用前景。为了开发出移动速度快、跳跃能力强和复杂环境中适应能力好的高性能四足机器人,本文以可实现跳跃功能的四足机器人单腿为研究对象,对它进行深入研究。以理论计算和仿真分析为研究基础,对四足机器人单腿的仿生结构设计、运动学和动力学分析以及动力学仿真中的关键问题进行了较为深入的分析研究。具体内容如下:在现有四足机器人研究的基础上,设计了一种新型的四足机器人单腿,将机器人单腿设置为可储能、变化规律可控的结构单元,设计出了机器人单腿的髋关节、膝关节以及储能装置等具体结构,并对机器人腿部结构中的柔性减震、储能等功能进行了研究。为了研究四足机器人单腿跳跃运动的运动学特性,对四足机器人单腿运动的跳跃阶段和触地阶段分别进行了运动学分析。应用D-H方法,推导出单腿运动的跳跃阶段和触地阶段的运动学正解和反解,进一步对机器人单腿进行了速度和加速度分析,利用MATLAB软件,求出了机器人单腿的运动工作空间,最后分析了机器人单腿的静力学,建立了机器人单腿静力学的正逆分析数学模型。为了研究四足机器人单腿跳跃运动的动力学特性,对四足机器人单腿运动的全过程进行了动力学分析。根据机器人单腿跳跃阶段和触地阶段的运动受力不同,对机器人单腿的不同阶段分别进行了动力学建模分析。跳跃阶段,建立了多刚体系统动力学分析模型,分析了机器人单腿的相关运动学,利用拉格朗日方法建立了机器人单腿跳跃阶段的动力学方程,并对其进行了相关的求解;跳跃阶段结束的瞬间,根据机器人单腿的足端对地面产生有冲击的特征,建立了机器人单腿落地冲击动力学模型,对其落地冲击后的运动进行了分析求解,求出了机器人单腿落地冲击瞬间的动能损失;触地阶段,由于机器人足端与地面接触,小腿中减震弹簧的尺寸发生了大的变形,此阶段将机器人单腿视为刚-柔耦合系统,建立了刚-柔耦合的动力学分析模型,运用拉格朗日方法,建立了此阶段的动力学方程,并进行了求解。分析结果为机器人跳跃的控制奠定了理论基础。为了验证四足机器人单腿跳跃运动的合理性以及运动效果,对机器人单腿垂直跳跃运动一个周期内的四个阶段分别进行了轨迹规划,探讨了机器人单腿实现跳跃的有效方法:其中,上升起跳阶段和下降触地阶段采用五次曲线进行轨迹规划,有效避免了加速度不连续的情况。结合理论分析,利用虚拟样机技术对机器人单腿的运动进行动态过程的模拟,将三维模型导入ADAMS软件中,模拟和观察各构件的运动,得到单腿模型中各个零部件及其关节的位移、速度、加速度曲线。分析跳跃中的各个构件的受力情况和仿真效果,对其动力学性能进行评估。将为后续实现机器人的结构优化设计、控制、提升机器人的跳跃能力提供参考。