腿式机器人设计中极具挑战性的是高速运动机器人的设计，由于高速运动对机械结构的设计、研究的理论及控制思想都提出了更高的要求，所以近年来研究者们对高速奔跑型机器人产生了浓厚的兴趣。因为要达到高速奔跑时的腾空姿态必须在短时间内具有极限的速度和力，所以在机械设计方面必须能提供这种爆发力和速度。而将气动肌肉作为腿部关节驱动器不仅为腿式机器人提供了高速运动所要求的爆发力和速度，而且还使机器人腿部关节的柔顺性增强，从而使其运动性能和环境适应性逐渐得到提升。本文根据猎豹等猫科动物的骨骼肌肉及运动特点，以气动肌肉为关节的驱动机构，设计了具有三个主动自由度和一个被动自由度的类“豹”机器人后肢，本课题为气动肌肉在高速度和高柔性机器人设计中的应用做了新的尝试。首先，本文对猎豹的骨骼结构和肌肉组织进行了深入的研究，采用与生物肌肉性能相似的气动肌肉作为关节驱动器，设计了一条具有三个主动关节和一个被动关节的类“豹”机器人后肢。采用气动肌肉的驱动方式不仅增加了关节的柔顺性并且使得设计结构紧凑，在能量利用率、设计成本等方面也具有良好的表现。同时以较轻的高强度铝合金为设计材料，尽可能的减少腿部结构的惯性，提高机器人后肢的运动性能。其次，基于分级控制的思想，对类“豹”机器人后肢的关节控制器的硬件及软件进行设计。本文将髋关节、膝关节和踝关节的控制器作为控制系统的执行级，将单腿运动控制器作为组织级，单腿控制器与关节控制器采用相同的硬件结构。组织级和执行级之间通过CAN总线的通信方式进行通信，组织级对三个关节的运动进行协调，执行级控制气动肌肉的收缩与伸展完成关节的转动。这种分级的控制系统对这种需要频繁读取关节角度的机器人具有很好的控制性能。最后，对类“豹”机器人后肢的运动性能进行了测试。搭建实验平台，对机器人后肢关节的动态响应特性、各个关节的协调运动特性和足地力进行实验测试，实验结果表明机器人后肢能很好的完成所设定的运动动作，并且证明了该机器人后肢具有高速奔跑的能力。