随着机器人应用的日益广泛,机器人面临的工作环境也越来越复杂,这就要求机器人必须具有较强的地形适应和自主运动能力。蟋蟀跳跃具有速度快、距离长、能耗少、对地面环境要求低、运动平稳等特点,特别适合于在复杂、恶劣的环境中活动,因此仿蟋蟀跳跃机器人在星际探索、军事侦察等领域有着广阔的应用前景。本文以研究符合蟋蟀跳跃运动特征的仿蟋蟀机器人机构为目的,通过建立仿蟋蟀跳跃机器人机构模型,进行跳跃运动性能研究,为实现仿蟋蟀跳跃机器人的设计和运动控制奠定理论基础。在查阅和分析国内外相关的研究文献资料的基础上,结合已有的跳跃机器人和仿生机器人的研究理论与方法,确立了仿蟋蟀跳跃机器人机构模型的理论基础。基于对蟋蟀的身体结构及运动的分析,建立了仿蟋蟀机器人跳跃机构的分析模型以及着地阶段起跳过程的运动学方程,给出了机器人在跳跃过程中的运动姿态及躯体质心的运动轨迹表达式,建立了机器人躯体质心与关节转角间的微分运动关系及速度分析方法。结合实例进行了运动学仿真并对结果进行讨论。其结果与生物学实测结果相近,从而证明了仿生跳跃机构模型的可行性和运动分析方法的有效性。在运动学分析基础上,基于机器人机构本身的属性,通过速度雅可比矩阵,定义机构速度和力方向可操作度,度量仿蟋蟀机器人机构跳跃的着地阶段起跳过程中,在操作空间中的速度和力传递性能。以仿蟋蟀机器人机构速度和力方向可操作度为性能指标,在广义逆解的基础上,实现了机器人双腿各关节轨迹的优化,并通过计算实例验证了优化方法的可行性。应用拉格朗日方法建立仿蟋蟀跳跃机器人机构在着地阶段起跳过程中的动力学方程,求解腿部各关节所需要的驱动力矩,并结合实例对机器人的运动和驱动力特性进行了仿真分析。同时,利用扭转弹簧模拟蟋蟀后腿中的关节柔性和肌肉的储能作用,建立了仿蟋蟀跳跃机器人后腿的伪刚体机构模型,实现了腿部各关节驱动力矩的优化。利用ADAMS建立了仿蟋蟀跳跃机器人机构的虚拟样机模型,进行了着地阶段起跳过程以及腾空阶段的运动仿真,给出了躯体质心的运动规律(位移、速度和加速度的变化规律)以及机构腿部各关节的动力学参数并与用MATLAB仿真的结果相比较,验证建立的模型和运动学、动力学分析的正确性和可行性。