袋鼠跳跃具有速度快、运动稳健、落脚面积小及耗能低等优点。因而仿袋鼠机器人在星际探索、军事侦查以及反恐活动等方面将有广阔的应用前景。其研究属于仿生和弹跳机器人领域的前沿课题。本论文在对袋鼠的生物跳跃运动机理较为系统地分析研究的基础上,建立了仿袋鼠机器人跳跃机构模型,并进行了运动学研究。 本文在分析综合国外有关对袋鼠跳跃生物学的研究情况的基础上,结合袋鼠跳跃的录像资料,系统地分析研究了袋鼠的生物学运动机理。分析了袋鼠的运动结构、运动步态和跳跃的运动特征,提出了影响跳跃运动的主要因素及主要参数。在此基础上,提出了仿袋鼠跳跃机器人的机构模型,并从袋鼠跳跃的着地和腾空两个阶段分析入手,给出了相应的跳跃机构运动学分析模型,并分别进行了正、逆运动学研究。采用D-H法推导出了仿袋鼠跳跃机器人着地与腾空两个阶段的位姿正解的公式;应用矩阵乘逆法进行了相应两个阶段的逆运动学分析,给出了各个关节角的解析表达式;结合实例计算给出了袋鼠机器人跳跃时躯体中心和趾尖的位置及姿态的变化规律。最后,基于微分运动的思想,通过研究机器人雅可比矩阵,分析了仿袋鼠机器人在跳跃两个阶段的速度特性。 本论文的研究工作为仿袋鼠跳跃机器人的动力学研究、运动控制和实验研究奠定了理论基础,也为其他仿生跳跃机器人的研究提供了可参考的研究方法。