随着机器人应用范围的日益扩大,其面临的环境也越来越恶劣,这对机器人的地形适应能力和自主运动能力提出了更高的要求。蝗虫的跳跃具有速度快、距离长、能耗少、对地面环境要求低、运动平稳等特点,特别适合于在复杂、恶劣的环境中活动。本文以生物蝗虫对象,设计了一种仿蝗虫跳跃机器人,主要研究内容如下:依据仿生学原理设计了仿蝗虫跳跃机器人机构模型。对蝗虫的生物特征及跳跃运动机理进行了简要分析,并通过对蝗虫自身复杂的关节结构的适度简化,提出一种以多连杆机构为主体,依靠气缸驱动的仿蝗虫跳跃机器人机构模型。对仿蝗虫跳跃机器人进行了运动学分析和建模。采用DH方法建立运动学模型,推导跳跃机器人在跳跃过程中的姿态及躯体质心表达式,建立了机器人躯体质心与关节角度变化之间的微分运动关系。通过对蝗虫跳跃数据的拟合,获得起跳阶段关节角度的变化规律,并仿真得到仿蝗虫跳跃机器人在起跳时质心速度及加速度变化曲线,符合蝗虫的跳跃运动特征,验证了这一机构模型在仿生设计方面的可行性。对仿蝗虫跳跃机器人进行了动力学分析和建模。该机器人通过气缸为其提供跳跃动力,首先针对气缸的工作原理简化气缸模型,并建立拉格朗日动力学方程。在之前运动学分析的基础上推导出跳跃机器人各个关节在跳跃过程中的力矩变化,同时计算关节中不存在柔性关节时的力矩变化,通过对比两者的变化曲线,验证了气缸对于机器人关节力矩的优化作用。在运动学和动力学分析的基础上,对仿蝗虫跳跃机器人的起跳姿态进行优化。跳跃机器人起跳姿态的不同会影响到其跳跃的高度和距离,针对跳跃机器人起跳姿态优化问题,求取其在起跳时的速度和力方向可操作度,作为衡量跳跃机器人跳跃性能的标准,并将起跳姿态的优化转化为多变量非线性最优解的求取。本文采用粒子群算法求解跳跃机器人在任务方向上的速度方向可操作度的最大值,得到了机器人最佳起跳姿态的关节参数值。