本文首先提出了一种基于三维倒立摆原理的质心合理运动轨迹的产生方法。从能量的角度，解释了单脚支撑模型可简化为一个三维倒立摆。用三维倒立摆的动力学原理来模拟动态步行，建立动力学方程，并利用近似理论进行求解，避开了复杂的非线性方程求解问题。在此基础上对质心变速、转弯等各种轨迹进行了仿真，并讨论了质心运动过程中的速度控制、冲击和能量等重要问题。 然后，参照计算得到的质心所需的运动轨迹配置自由度，以经典平面简化模型为基础，对步态进行了参数化描述，将步态优化的讨论归结为这些参数优化的讨论。并提出了能量指标的概念，从能量的角度，科学定义了一个可以用于步态优化的判断标准。 最后，以上述概念为基础，给出了一个基于能量指标的步态优化数值求解方法，以及各参数联合最优值求解的程序流程。为步态以至其它相关参数的优化提供了一个科学可行的手段。并在介绍方法的过程中，对仿人形两足步行模型进行了实例分析，得到了一些与事实吻合的重要结论。