在市场、技术和国家政策支持以及人工智能、大数据、图像和语音处理等技术成熟应用的条件下,机器人行业迅速发展,特别是腿足机器人。该类机器人拥有仿生结构、满足多种场景的需求,在工业生产、国防和灾难救援等方面具有广阔前景。现阶段,学界主要研究腿足机器人的机械结构设计和控制问题,使其满足设计要求,但对于腿足机器人故障诊断与可靠性相关问题的研究相对较少,亟需深入探讨。腿足机器人自身耦合性强、系统设计复杂度高以及实际应用环境多变,限制了现有故障诊断技术在腿足机器人领域的效果。因此,本文将针对腿足机器人系统中的典型代表——单腿机器人系统,进行相关故障诊断问题的研究,主要内容和创新成果如下:（1）研究了基于控制性能的执行器故障检测问题。首先,分析了单腿机器人的运动学和动力学规律,建立动态模型;其次,在标称状态下,对非线性系统进行线性化,并设计控制器;然后,将控制性能指标直接作为评价函数,将标称状态下的该函数值作为阈值;最后,在有扰动、故障的情况下,计算恶化后的性能指标,并与标称下的比较,在本体控制的基础上,直接实现故障诊断,无需设计观测器。（2）研究了基于等价空间方法的故障检测问题。首先,利用系统的输入和输出量,借助李导数,在单腿机器人的非线性模型中定义系统输出矩阵;其次,基于所定义的系统输出矩阵推导等价关系,给出残差信号表达式;然后,以残差对故障敏感同时对扰动鲁棒为目标,定义故障检测性能指标,利用奇异值分解得到最优化性能指标的残差,并根据无故障情况下的残差范数设计阈值;最后,对残差进行评价,根据逻辑关系判断故障是否发生。（3）研究了基于等价空间方法的故障估计问题。首先,利用系统的输入和输出量,借助李导数,在单腿机器人的非线性模型中定义系统输出矩阵,推导等价关系,给出故障估计表达式和估计偏差表达式;然后,基于估计偏差表达式和F-范数,定义故障估计性能指标,并将该指标的优化转为二次型函数的优化问题;最后,利用驻点的定义求解此优化问题,得到故障估计信号。