本文在对目前国内国外的双足直立机器人的研究进行了大量调研的基础上，对各种建模和设计方法进行了讨论和总结。考虑目前研究方面存在的问题，提出了一种新的腿部机构设计，新增加了脚趾环节，用以减轻系统的振动，增加系统的快速响应能力，并对此系统进行了运动学、动力学性能以及冗余自由度处理等方面的深入研究。 本文的主要工作有：通过对腿部机构的运动学分析，找出了规划机器人行走方式的方法，同时进行正向运动学和逆向运动学的计算；在不考虑阻尼和刚度的情况下，对腿部系统完成了动力学建模，规划出行走方式，求解出各个关节的运动力矩；对冗余自由度进行分析和处理，获得了行走曲线的优化条件，并对上台阶过程中的数据进行优化，最后确定行走曲线；利用动力学方程计算出的结果，对系统的电气控制系统进行了设计和开发，建立了整体的运动控制方案，按照规划好的行走曲线进行了运动设计，编写了系统的运动程序并对所编写的程序进行了试验和调试。此外，还对腿部机构的受力振动问题进行了讨论，建立了含有阻尼和刚度的行走动力学方程，求解出运动时的振动曲线。对振动曲线进行了分析，提出了缓解振动的方法。 对两足直立机器人系统进行的研究和实际设计，得到了腿部系统的运动学模型、动力学模型、平地和上台阶运动的行走规划曲线，运动控制方案以及振动模型，为此类机器人的设计提供了有价值的理论依据。