弹跳机器人越障能力强,能在重力加速度低的外星表面移动得更远,可以应用于军事侦察、环境探测和宇宙探索等领域。自然界中很多生物具有跳跃能力,这些各具特色的跳跃方式可为研究新型弹跳机器人带来灵感。本文以猴类中的狨猴为研究对象,探究其在树间的弹跳机理。首先,进行骨骼生物力学分析。利用三维重构方法逆向建立狨猴下肢股骨模型,使用ANSYS对其进行力学特性分析,提取股骨前侧和后侧采样区域的应力值。比较狨猴股骨和其他动物弯曲骨骼的力学特点,并建立简化模型进一步研究骨骼弯曲与受力的关系。仿真表明,狨猴股骨应力较高的区域位于骨干远端中部的1/4处,外力角度为90?时股骨采样区域的应力值较低,受力角度为100±5?时弯曲结构的应力值低于不弯曲结构,这说明骨骼弯曲程度与不同运动方式下的受力有关。其次,对狨猴下肢进行运动学和动力学分析。基于D-H方法推导下肢正运动学方程,并进行逆运动学求解,使用蒙特卡洛法绘制下肢工作空间。基于拉格朗日方程建立下肢动力学模型,得到关节驱动力矩和关节角之间的函数关系。使用ADAMS对狨猴下肢的运动特点进行仿真分析,结果表明下肢末端的总位移为2595mm,起跳阶段最大动能可以达到4×10~4N·mm,膝关节夹角在起跳阶段减小至26.87?,下落时增大为114.57?。然后,研究狨猴尾巴对其空中姿态的影响。根据不同的尾巴摆动特点,使用ADAMS对狨猴空中的偏航、翻滚和俯仰姿态进行仿真。针对狨猴树间跳跃时明显变化的俯仰姿态,使用不同的参数进行跳跃实验。为进一步控制狨猴身体姿态,建立尾巴-身体动力学模型并对其进行俯仰角反馈控制。仿真表明,腾空阶段狨猴尾巴与身体的角动量守恒,尾巴摆动可以增大狨猴身体的俯仰角,尾巴摆角为120?时对身体俯仰姿态的影响最佳。在MATLAB/Simulink环境中通过PID控制使机器人动力学模型的俯仰角在0.5s达到期望值。最后,进行仿生机器人弹跳实验验证理论和仿真的正确性。实验系统由弹射平台和仿生机器人组成。弹射平台可模拟狨猴下肢的弹跳动作将机器人弹出,机器人样机为尾巴-身体二连杆结构,使用舵机控制尾巴的摆动。腾空阶段的慢动作表明,尾巴摆动可以明显增加机器人的俯仰角。本文选择狨猴为仿生对象,研究了其骨骼的力学特性和肢体变化特点,量化了尾巴对其身体姿态的影响,结果表明尾巴对狨猴俯仰姿态的调节具有至关重要的作用,这一生物学特征可以提高弹跳机器人的姿态稳定性。