目前含脊柱关节四足机器人在机器人领域备受关注。起初,机器人专家研究的是刚性躯干四足机器人,研究重点是通过改变控制算法来提高四足机器人的运动性能,而忽略了四足机器人的结构设计,部分专家认为四足机器人的结构设计没有研究的必要,只需要仿照动物的骨骼结构即可[1],这样得到的四足机器人的运动性能不能满足人们的要求。生物学家发现,四足哺乳动物在运动的过程中,具有脊柱运动,并且脊柱运动能够提高四足哺乳动物的运动速度、能量利用效率和稳定性。现在对四足机器人的脊柱特性的研究几乎处于空白,而深入研究四足机器人的脊柱特性能够对四足机器人的结构设计提供依据,能帮助了解四足哺乳动物脊柱的作用机理。本文首先对猎豹的骨骼结构进行简化,建立了含脊柱关节四足机器人的简化模型,根据第二类拉格朗日方程推导了含脊柱关节四足机器人简化模型的动力学方程,并依据弹簧-杆模型周期运动的生成方法,得到了搜索含脊柱关节四足机器人产生周期运动初始条件的方法,并对含脊柱关节四足机器人的周期运动进行了研究。其次,研究了含脊柱关节四足机器人的脊柱刚度特性。分析了脊柱刚度对运动速度的影响,并根据含脊柱关节四足机器人的动力学特性,得到了能直接反应脊柱关节角度的动力学方程,讨论了将脊柱刚度设定为常数的局限性,在此基础上研究了脊柱的刚度特性,并提出了脊柱刚度的设定策略。然后,对含脊柱关节四足机器人的脊柱刚度特性曲线进行了优化。以含脊柱关节四足机器人的稳定性为优化指标,并以步态灵敏度系数为优化准则,以单纯形法为优化方法对脊柱刚度特性曲线进行优化。优化结果表明:优化后的脊柱刚度特性曲线使含脊柱关节四足机器人的稳定性提高了。最后,为了证明仿真分析的正确性,在优化的脊柱刚度特性曲线下进行了实验研究。对实验平台进行了介绍,并进行了三个实验,实验验证了优化后的脊柱刚度特性曲线是否能提高含脊柱关节四足机器人的稳定性,并研究了优化后的脊柱刚度特性曲线是否对含脊柱关节四足机器人的运动速度和能量利用效率有促进作用。