生物水黾能够在水面自由灵活地运动,相较于其他水面昆虫更为轻盈的体态吸引了国际上众多的学者,对它的研究已从疏水性材料展开,拓展到仿水黾机器人的研究。仿水黾水面滑行的机器人近年不断出现,但由于在水面跳跃过程中起跳及落回水面时刻对机器人支撑力要求比较高,而且对于动态情况下界面流体受力,缺乏相应的文献著作提供完善的理论依据。这些因素造成跳跃机器人相关的研究少之又少。本文结合国家自然科学基金“仿生水黾机器人水面行走动力学研究”,针对仿生水黾水面跳跃机器人及其相关领域展开研究。首先,基于Young-Laplace方程对生物水黾进行分析,对水黾圆柱形腿部进行分析优化,确定机器人选用矩形截面腿部材料。建立单支撑腿、多支撑腿及主动腿在静态、分离及落回水面过程中受力方程,并据此对比材料疏水性能、材料宽度、腿部间距等因素对获得更大支撑力及克服更小拖拽力的影响。为后续机器人参数计算提供理论依据。其次,针对当前仿生水黾机器人与水面分离运动的理论分析不完善,且缺少相应经验参数的情况。基于杠杆原理设计了腿部受力测定实验平台,实现了实验平台对材料静态情况下的性能测定,实现了对材料与水面定速度变角度分离过程的实验测定。通过对不同角度分离过程的受力参数分析,获得了分离角度对材料所受拖拽力的影响规律,为仿生机器人的设计、研制提供了实验参数。再次,从微观角度对疏水性材料水面分离过程进行分析,针对分离过程建立微观模型,提出了不同角度下水滴与疏水性材料表面分离的分子动力学模拟方法,统计分析了不同疏水性材料、分离速度、分离角度条件下,水滴与材料分离过程受力变化规律,分情况统计模拟结果,从而得到了不同因素影响的分离过程受力变化,从微观角度验证了实验平台所测的材料与水面分离过程的规律。最后,基于不完全齿轮及弹簧结构,设计了跳跃机器人原型,并利用Adams软件进行建模,通过Adams软件,结合之前理论及实验参数对及机器人跳跃过程进行动力学仿真。改变机器人重心位置、材料疏水性能、腿部面积、弹簧刚度、跳跃倾角等参数,实现机器人优化设计。采用3D打印技术,制作跳跃机器人,并针对仿真内容进行实验验证,确定了最终优化的机器人配置情况,实现了稳定连续跳跃及无线控制。