足式行走型机器人所独有的小面积支撑、交叉跨步、跳跃越障的特点使其在占地广阔的田间、山地、废墟、战场等复杂恶劣环境中行进时具有轮式机器人无法比拟的优越性,足式机器人行进时支撑约束的多变以及与重心位置的复杂关系经常使其处于静态不稳定状态,而单足机器人是足式机器人中静态最不稳定的系统,研究单足机器人的跳跃能力和全局运动稳定性对足式机器人的发展具有重大的理论意义和实际价值。实现单足机器人自平衡稳定跳跃的关键技术包括具有较强缓冲能力与爆发力的跳跃技术和机身姿态检测与调整技术。针对由机身和通过球铰与之连接的弹跳腿组成的单足跳跃机器人,分析了用于调节弹跳腿相对机身摆动时摆角和方位角的伺服液压缸与机身和弹跳腿的连接方案,通过分析弹跳腿相对机身运动时各特征点所组成的直线和平面之间的几何关系,运用空间解析几何向量代数的运算法则,建立在两个液压缸驱动下弹跳腿相对机身摆动的运动学逆解和正解方程。设计了由四个超声波传感器组成的机身姿态检测系统和两个伺服液压缸组成的机身姿态调整系统,通过MATLAB仿真和SOLIDWORKS三维图解验证所做理论分析、动态建模和仿真结果的正确性。依据动力学、热力学和自动控制的基本理论,建立基于能量控制的气动位置伺服系统数学模型。通过对气缸活塞运动规律和气体作用规律的分析,建立气缸的动力学方程、能量方程、流量方程、温度方程和摩擦力方程,使用能量差PD算法控制活塞的定位过程。在MATLAB上建立腾空相弹跳腿气动位置伺服系统仿真模型并对活塞的定位过程和定位精度进行仿真研究。综合应用动力学、碰撞和自动控制理论以及气动伺服系统研究成果,建立单足机器人落地碰撞、触地相、起跳冲击和腾空相运动过程数学模型和垂直跳跃综合动态模型,在MATLAB上建立和调试联合仿真模型,对单足机器人垂直跳跃运动过程和动态参数的变化规律进行仿真研究,在理论上验证所建数学模型的正确性。对机器人前一周期跳跃高度、落地时刻气缸下腔预设气压和活塞预设相对坐标、触地相气缸上腔充排气起始气压、上下腔充排气转换相对坐标和节流口面积对机器人跳跃高度的影响规律进行仿真研究,寻找实现机器人稳定垂直跳跃的上述参数的可用区间和较佳区间。对机器人落地时刻气缸下腔预设气压和活塞预设相对坐标、触地相气缸上下腔充排气转换相对坐标对单足机器人落地碰撞和起跳冲击的影响规律进行仿真研究,寻找上述参数使机器人落地碰撞和起跳冲击更小的可用区间和较佳区间,为实现单足机器人连续稳定的垂直跳跃奠定理论基础。搭建由DSP控制系统、多传感器检测系统、气动位置伺服驱动系统和单足机器人机械本体组成的单足机器人垂直跳跃实验台,对机器人腾空相弹跳腿气动位置伺服系统的定位精度和动态特性、单足机器人垂直跳跃的动态特性和稳定性进行实验研究。实验研究机器人落地时刻气缸下腔预设气压和活塞预设相对坐标、气缸充排气起始时刻和时间、比例阀节流口有效面积对单足机器人跳跃高度的影响规律;实验研究落地时刻气缸下腔预设气压和活塞预设相对坐标、气缸上下腔充排气时间对机器人落地碰撞和起跳冲击的影响规律。通过与仿真结果对比,验证本文所建立的单足机器人腾空相气动位置伺服系统和垂直跳跃动态模型及仿真结果的正确性。通过对单足机器人运动学正解和逆解、机身姿态超声波检测和液压伺服调整系统、弹跳腿气动位置伺服系统和机器人连续稳定垂直跳跃进行动态建模、联合仿真和实验研究,完成机身姿态检测和调整系统的理论分析和验证,在理论和实验上实现单足机器人等高和变高连续稳定的垂直跳跃。