由于伦理道德及心理复杂性,基础医学不易直接对人类疾病患者展开实验研究,难以明确阐述精神病发病机理以及进行药物筛选。为解决该问题,研究人员通过引入机器鼠与实验鼠进行交互实验的新方法,以期建立模拟人类疾病特征的实验鼠动物模型。但是,现有机器鼠模拟实验鼠行为的相似性和多样性较差,不能满足行为交互实验的实际需要。为克服上述难题,一方面,本研究优化设计了形态、运动性能更加接近实验鼠的新型机器鼠(WR-5M),并提出了一种解算其俯仰和偏航逆运动学方法,实现了WR-5M从运动参数上模拟实验鼠的仿生运动控制;另一方面,根据建立的运动相似度评估模型,证明WR-5M能够实现高相似度的仿生运动。通过WR-5M高相似度的仿生运动控制,实现了WR-5M高逼真、丰富多样的仿生动作行为,有助于完成WR-5M和实验鼠高效的行为交互实验,同时为人类疾病的动物模型的建立和定量评估提供了可借鉴思路。本文主要研究内容如下:首先,优化设计了WR-5M的机械结构和控制电路板,使其在形态和运动空间上更加接近实验鼠。基于一种遵循实验鼠运动规律的WR-5M逆运动学求解方法,计算出关节变量,通过对关节电机快速稳定的控制,实现了WR-5M从运动参数上模拟实验鼠动作基元:俯仰和偏航运动。然后,使用最大俯仰角和最大俯仰高度、最小偏航半径和最小偏航距离4个参数作为衡量WR-5M和实验鼠运动性能的指标,对WR-5M的两个典型动作基元(俯仰和偏航运动)进行评估。实验结果表明,WR-5M具有类似实验鼠的俯仰和偏航运动性能。最后,结合俯仰角、俯仰高度、偏航半径和偏航距离4个关键参数,以其作为衡量WR-5M和实验鼠运动相似度的量化指标,并建立两者运动相似度评估模型。基于以上WR-5M系统平台、控制方法和动作基元规划,对实验鼠的4个典型行为过程进行模拟,根据前述的运动相似度评估模型,得到WR-5M模拟实验鼠典型行为的相似度分别为96.0%、99.1%、97.7%和98.0%。上述实验结果表明,WR-5M能够实现高相似度的仿生运动控制。这将促进机器鼠与实验鼠的行为交互研究走向实用化,并且有助于建立与进行定量评估人类疾病的动物模型。