哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 摘要 跳跃式机器人具有运动灵活性高、越障能力强等特点，能够适应非结构 化、未知的工作环境，它在考古探测、星际探险、军事侦察、反恐活动中都 有广泛的应用前景，因此开展跳跃机器人的研究具有重要的实际应用价值。 经过千百万年的进化，生物体身体结构和运动方式体现出相当的合理性、 科学性、进步性。为了将生物的这些优势运用在机器人的设计中，本文选择 了从仿生角度来设计跳跃机器人。 首先，针对运动机理分析所需的青蛙跳跃运动轨迹，提出了一种采用一 台高速摄像机获取生物运动轨迹三维信息的提取方法，并对这种方法进行了 实验验证和误差分析，以确保方法的正确性。根据这种实验方法对图像分析 的需要，编制了青蛙运动轨迹的提取程序，进行了数据处理与分析。基于这 种方法，进行了青蛙跳跃运动轨迹的提取实验，获得所需信息，以便做运动 机理分析。 其次，从解剖学和行为方式两方面研究青蛙的跳跃运动机理，通过分析 青蛙骨骼结构、质量分布及其跳跃运动特征，抽象出仿青蛙跳跃机器人机构 模型并建模。之后基于对模型的运动学分析和计算，验证了模型在模仿青蛙 跳跃轨迹方面的正确性，并利用此模型对青蛙的跳跃过程进行了仿真，揭示 了青蛙跳跃时的力学规律。 最后，基于青蛙的特点及跳跃机理，使用平行四边形跳跃机构替代了青 蛙多关节串联跳跃机构，对其构成的非线性弹簧质量块模型进行了分析，并 进行了仿生机器蛙的设计及仿真。 本文提出的空间运动轨迹采集方法，青蛙跳跃运动机理分析结果以及对 模型的运动学分析和计算，为仿生机器蛙的设计及运动控制提供了理论基础， 也为其他仿生机器人的研究提供了可参考的方法。 关键词青蛙；跳跃机器人；仿生：跳跃机理；运动学 I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 I 摘要 跳跃式机器人具有运动灵活性高、越障能力强等特点，能够适应非结构 化、未知的工作环境，它在考古探测、星际探险、军事侦察、反恐活动中都 有广泛的应用前景，因此开展跳跃机器人的研究具有重要的实际应用价值。 经过千百万年的进化，生物体身体结构和运动方式体现出相当的合理性、 科学性、进步性。为了将生物的这些优势运用在机器人的设计中，本文选择 了从仿生角度来设计跳跃机器人。 首先，针对运动机理分析所需的青蛙跳跃运动轨迹，提出了一种采用一 台高速摄像机获取生物运动轨迹三维信息的提取方法，并对这种方法进行了 实验验证和误差分析，以确保方法的正确性。根据这种实验方法对图像分析 的需要，编制了青蛙运动轨迹的提取程序，进行了数据处理与分析。基于这 种方法，进行了青蛙跳跃运动轨迹的提取实验，获得所需信息，以便做运动 机理分析。 其次，从解剖学和行为方式两方面研究青蛙的跳跃运动机理，通过分析 青蛙骨骼结构、质量分布及其跳跃运动特征，抽象出仿青蛙跳跃机器人机构 模型并建模。之后基于对模型的运动学分析和计算，验证了模型在模仿青蛙 跳跃轨迹方面的正确性，并利用此模型对青蛙的跳跃过程进行了仿真，揭示 了青蛙跳跃时的力学规律。 最后，基于青蛙的特点及跳跃机理，使用平行四边形跳跃机构替代了青 蛙多关节串联跳跃机构，对其构成的非线性弹簧质量块模型进行了分析，并 进行了仿生机器蛙的设计及仿真。 本文提出的空间运动轨迹采集方法，青蛙跳跃运动机理分析结果以及对 模型的运动学分析和计算，为仿生机器蛙的设计及运动控制提供了理论基础， 也为其他仿生机器人的研究提供了可参考的方法。 关键词 青蛙；跳跃机器人；仿生；跳跃机理；运动学