如何设计和控制四足机器人使其形态及运动功能更加的接近其仿生对象,是四足机器人领域的研究难点。本文通过对猎豹等四足动物的仿生学调研,设计了一款躯干包含胸、腰脊柱关节的仿生四足机器人,研究了动力学建模、结构优化及步态控制方法,并进行了仿真验证。主要研究内容如下:调研了四足动物脊柱对于其奔跑运动的作用以及奔跑运动的步态生成方法,提出包含胸、腰双自由度脊柱关节的四足仿生机器人机构方案,并根据实际项目需求进行了工程化设计,以此为对象展开研究。提出含阻尼力的SLIP模型（D-SLIP）,并据此分析了足式机器人单腿运动机理。采用拉格朗日法对bound步态下的含脊柱关节的四足机器人进行了动力学建模,确定了关节运动、驱动力、阻尼与刚度等模型参数之间的数学关系。参考猎豹奔跑运动模式提出四足机器人脊柱-腿的协调控制方法,对四足机器人bound步态下的脊柱运动及摆动腿的运动进行了轨迹规划。提出传动机构的多目标分层优化算法,基于动力学模型和规划的运动轨迹,利用粒子群优化算法完成躯干传动机构尺寸及力学优化,解决了关节轨迹参数与传动机构尺寸的联合设计问题。设计了四足机器人的分层运动控制器:基于D-SLIP模型以及三分控制法实现单腿连续跳跃控制;基于动物节律运动控制机理设计了CPG步态模型和腿部运动有限状态机,实现了四足机器人的腿部协调以及脊柱与腿的协调控制;基于VMC方法实现四足机器人机体姿态稳定性控制。利用Webots仿真环境,完成了单腿原地跳跃、上下台阶以及崎岖地形运动仿真,结果表明单腿控制方法可以实现速度调节以及姿态稳定控制。对四足机器人bound步态奔跑、trot-gallop-trot步态转换、崎岖地形trot步态运动进行仿真,验证了机器人结构设计的合理性以及规划轨迹和控制模型的有效性。