足式机器人作为最接近哺乳类生物运动形式的机器形态,具有灵活的运动形式及出众的地面适应能力,一直是研究人员的热门研究领域。随着Boston Dynamics设计的一系列高性能足式机器人问世,其展现的高运动频率与速度为足式机器人实际应用带来了希望。但是四足机器人仍存在运动部件受冲击力大、磨损严重、功耗大、续航能力差等亟待解决的关键问题。针对这些问题,本文基于仿生学,开展了具有主-被动复合式变刚度柔性关节的四足机器人研究,取得创新性工作及成果如下:基于仿生学原理,通过单腿运动仿真分析,研究了不同刚度系数对足式单腿运动性能的影响。提出了一种新型基于凸轮-凸盘的主-被动复合式变刚度柔性关节机构apVSJ(Active and Passive Variable Stiffness Joint),通过apVSJ样机静态刚度实验及动态抛掷实验,验证了其主、被动变刚度性能满足实际需求。针对四足机器人运动特点,建立了两自由度柔性单腿动力学模型,并通过单腿自由落体触地反弹运动仿真实验,验证了“三段式”被动变刚度特性在减小地面冲击及腾空后震颤方面的效果。建立了由直流伺服电机、谐波减速器及串联弹性机构组成的关节驱动系统功率流模型,基于SLIP模型进行了两自由度柔性单腿的原地跳跃及支撑相水平行走的运动分析,进而依据不同刚度系数下的能耗规律提出了四足机器人运动的主动变刚度策略。建立了基于apVSJ关节的腿部着地相SLIP控制模型,设计了柔性四足机器人参数自整定的运动控制方法,实现了四足机器人稳定控制。完成了四足机器人样机及控制系统设计,并通过实验验证了所设计变刚度柔性关节对腿部刚度的调节作用及控制算法的有效性。