仿人机器人具有类似人类的外形特征和运动能力,通常被设计开发来在不改变现有人工环境的前提下辅助或代替人进行各种工作。仿人机器人在失稳摔倒后受到碰撞冲击等外界扰动时机械系统的抗冲击性能,在一定程度上决定了仿人机器人能否成功进入多种环境并获得实际应用。因此,围绕仿人机器人抗冲击性能方面的机械系统设计与仿生机构研究具有重要意义。本文结合国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目“仿人机器人多模态运动与转换理论与方法”,围绕仿人机器人摔倒保护仿生机构研究,提出了基于粘弹性的仿生设计机理,设计了一种基于粘弹性的仿人机器人抗冲击仿生上肢机构,提高仿人机器人对冲击的承受能力,提高仿人机器人的环境适应能力,使仿人机器人能够成功多种环境并获得实际应用。首先,介绍了人体上肢关节结构和功能,分析了人体上肢的解剖学结构和运动能力。然后使用运动捕捉系统对人体前摔过程进行了研究,通过人体前摔实验对上肢在摔倒时的运动模式和摔倒保护方式进行了分析。提出利用机器人上肢在摔倒下落中对上半身提供支撑缓冲的启发式摔倒保护策略,论证了基于仿生机理对仿人机器人上肢机构进行改进设计和性能强化的必要性。其次,根据启发式的摔倒保护策略,设计了一种基于粘弹性的仿人机器人抗冲击被动肘关节。提出了使用压缩弹簧、拉伸弹簧和板状弹簧来为肘关节增加欠驱动粘弹性连接实现支撑缓冲功能的研究方案。设计了一款仿人机器人欠驱动上肢,并对气弹簧、拉伸弹簧及板状弹簧三种粘弹性连接方案进行了机构设计。再次,分析人体上肢桡腕关节的摔倒保护方式,从仿生学角度论证了为仿人机器人上肢末端增加粘弹性装置的必要性;然后对粘弹性缓冲材料及装置进行了分析,对聚氨酯弹性体及硅橡胶这两种粘弹性材料和充气式主动保护装置进行了分析;最后针对机器人上肢末端关节特性,设计了应用于机器人上肢末端的粘弹性缓冲材料及缓冲装置。最后,围绕本文提出的仿人机器人应对摔倒保护的抗冲击肘关节设计及上肢末端粘弹性缓冲装置设计,设计构建了仿人机器人摔倒实验平台,对本文所提出抗冲击仿生上肢进行了相关的实验验证。通过分析实验数据,对本文所提出的粘弹性仿生机构的抗冲击性能进行分析比对,证明了粘弹性仿生上肢机构具有摔倒保护抗冲击的性能,并得出了较高弹性和较低阻尼的抗冲击肘关节配置方案缓冲抗冲击的效果最好,具有较高阻尼和较低弹性的上肢末端缓冲装置配置方案缓冲抗冲击效果最佳。