机器人的奔跑运动可以通过一个由质点和无质量无阻尼的直线弹簧所构成的等效腿模型来描述，我们称之为弹簧-质量系统。本论文对机器人单腿系统进行了仿真和控制，以作为足式机器人研究的模板，同时假定单腿的运动行为可以用弹簧负载倒立摆模型来描述。对于能量保守系统，通过分析计算可以得到使机器人保持自稳定奔跑的最小临界能量和有效参数调整范围。这样就可以得到所有可能的使系统处于稳定区域的参数组合。本论文的研究工作包括三部分：首先，基于对能量保守弹簧负载倒立摆模型的分析，在MATLAB软件的SimMechanics中创建了机器人单腿模型，并建立了能够嵌入不同控制器的可调仿真模型。通过选择无能量恢复电机的模型可以解释恒机械调节模型的本质行为。其次，利用恒着地角控制器研究机器人奔跑过程中的自稳定调节，并观察整个稳定奔跑周期中不同机械参数对机器人运动的影响。在研究过程中，我们找到了一种定点调节方法，并利用文中提出的仿真模型对腿部刚度、着地角、前进速度的变化进行验证。此外，文中给出了所有重要参数的变化曲线，如动能和势能、弹簧储能、足端轨迹、质心水平和竖直速度、着地角。观察仿真结果不仅能让我们看到机器人的运动路径，也是了解每组参数配置效果的一种简单有效途径。最后，根据理论计算结果的近似解设计前进速度控制器，以在稳定奔跑的过程中控制质心的水平速度，并获得期望的前进速度。