高原环境中蕴含丰富资源,但地形相对复杂,对其资源的勘查和开发仅靠人力远远不够,相较于轮式与履带式机器人,足式机器人更能适应此类相对复杂的地形。足端作为足式机器人与地面直接接触的部位,其结构和性能决定了足式机器人运动的稳定性与负载能力。因此,对足式机器人足部结构的研究具有重要现实意义。牦牛体型庞大,在高原地区复杂的环境下也能快速稳定的运动,这得益于牦牛独特的身体结构和足部优异的防滑缓冲性能。本文以牦牛足为研究对象,对牦牛足蹄生物学特性进行研究,结合牦牛运动特性,分析总结牦牛足防滑缓冲机理,建立牦牛足生物模型,并进行仿生足设计,为创新足式机器人足端结构,提高足端防滑缓冲性能提供理论依据与技术支持。对牦牛足外观形态及内部结构进行观察,结合牦牛运动视频,分析不同结构在运动过程中的作用,总结牦牛足防滑缓冲机理。牦牛足底外缘高中间低的结构特点有固土作用,能提高足与地面的摩擦力,起防滑作用。牦牛足部结构与普通牛相似,但肌腱更粗大,负载更大,背侧三条主要的伸肌腱控制足部伸展运动,掌侧三条主要的屈肌腱控制足部屈曲运动;运动时,足尖先触地,此时足部屈肌腱张紧,起一部分缓冲作用,全足底着地后,掌骨经系骨、冠骨和下籽骨对有弹性的指枕和蹄球部位施力,通过指枕和蹄球部位的变形达到缓冲效果。使用扫描电子显微镜对牦牛蹄匣各特征部位进行观察:蹄壁质地坚硬,起保护作用;蹄球有明显分层结构,与地面接触的表层排列致密,里层有孔洞结构,受压后能通过压缩孔洞进行缓冲,变形后能增大与地面的接触面积,提高防滑性能。运用逆向工程技术提取牦牛足底三维模型,建立足底曲面数学模型;基于医学影像技术和逆向工程软件,重构牦牛足骨骼与蹄部外形模型。重建模型表面流畅,具有牦牛足结构特征。基于重建的牦牛足蹄模型,对牦牛足底防滑性能进行研究。采用有限元分析方法,对牦牛足底特殊曲面形貌的防滑性能进行仿真分析,研究其在不同地面的防滑性能,并与传统足端进行比较,结果表明牦牛足具有良好的防滑性能。以牦牛足为仿生原型,根据其结构和运动特点设计仿生足,并建立三维模型,进行动力学仿真分析,研究其缓冲性能。通过ABAQUS有限元分析软件,采用正交试验设计方法,探究仿生足各参数对缓冲效果的影响程度,结果表明仿生足的指枕-蹄球结构对缓冲效果影响最大,且仿生足脚尖先触地时,仿生足缓冲效果最好,与实际牦牛足的缓冲机理符合。