猎豹是自然界中奔跑速度最快的哺乳动物,以猎豹为仿生目标一直都是仿生四足机器人的研究热点。生物学研究中发现猎豹在奔跑时,主要通过后腿提供奔跑时的动力,其高速奔跑与猎豹腿部的骨骼结构、肌肉分布以及奔跑时足端的运动轨迹等因素密不可分。因此,本课题以猎豹的腿部结构作为仿生学对象,设计了一款具有高速运动功能的机械腿结构。并模仿猎豹奔跑时的足端轨迹提出了一种参数化的足端轨迹生成算法,在机械腿上进行了实验验证。论文主要完成的工作如下:通过对猎豹奔跑时足端轨迹的特征进行分析,利用贝塞尔曲线生成足端轨迹,建立合理的目标函数以及约束条件,采用粒子群优化算法优化轨迹控制参数,形成参数化的足端轨迹生成算法。该算法可以通过确定少量参数生成形状接近于猎豹奔跑时的足端轨迹曲线。对猎豹腿部骨骼结构和肌肉分布等特征进行调研,确定机械腿的结构方案以及尺寸,并结合猎豹的肌肉分布特征,采用驱动远置的设计方案来降低腿部的惯量,完成机械腿的三维建模以及样机的设计制作。针对机械腿机构搭建了控制系统,在下位机中以FreeRTOS实时操作系统作为控制核心,提高响应的实时性。编写了上位机程序界面以及上下位机通讯程序。最后,在高速腿机构实验平台上对基于贝塞尔曲线的仿生足端轨迹方法进行实验了验证。实验通过悬空测试和地面奔跑测试,证明机械腿机构能够跟随目标轨迹运动,仿生足端轨迹可以有效实现机械腿的移动。