机器人被誉为“制造业顶端的明珠”,双足机器人是机器人中技术难度最高的品类之一。双足机器人没有像协作机器人那样真正进入应用领域,服务于人类生活,主要是在运动敏捷性、环境适应性和作业多样性三个方面和人类比还存在较大差异。这三方面都和机器人的腿部设计相关,尤其是和机器人腿部构型和驱动器设计相关,这两部分的研究不充分影响了双足机器人的产业化落地。在北京市教委和北京自然基金的联合资助下,本文通过理论研究和技术创新,对双足机器人腿部构型、驱动器参数化设计、机器人动力学仿真、双足机器人腿部轻量化设计方法开展理论和实践研究,最终形成机器人腿部及其驱动器的设计理论和技术。并且对上述研究内容分别进行试验验证,以验证机器人腿部及其驱动器设计理论和关键技术的可行性与有效性。主要研究内容如下:（1）建立双足机器人腿部设计准则,提出一种具备高速行走能力的双足机器人腿部新构型。基于机器人运动控制方法,提出机器人腿部构型机械特性与运动控制动力学模型一致性准则。基于线性倒立摆理论,确定机器人高质心和腿部低惯量设计准则。考虑机器人和环境交互安全,提出安全性设计准则。采用腿部设计准则,提出一种腿部新构型,将膝关节驱动器上置到和髋关节俯仰驱动器同轴,通过简化五连杆机构实现膝关节运动,将踝关节驱动器上移到膝关节,通过2-RSU+1U机构实现踝关节运动。（2）提出一种基于关键性能指标的驱动器参数化设计方法。建立该方法的设计流程,阐明流程中各步骤的设计内容和步骤间的逻辑关系。根据驱动器的关键性能指标扭矩密度和响应性,建立减速器和电机的参数化模型。推导行星减速器性能与太阳轮齿数和内齿轮节圆半径的函数关系,建立电机性能和气隙半径的函数关系。应用此参数化设计方法完成新构型机器人腿部两种的驱动器设计。（3）建立机器人仿真平台。平台包括三维建模、结构拓扑优化、动力学仿真、运动控制和优化算法五大模块,模块又集合为结构优化、动力学仿真和参数优化三大子区域。基于Walker机器人,测试机器人手臂和腿部关节驱动器力矩,比较仿真和测试差异,试验验证平台动力仿真区域的有效性和准确性。（4）提出一种双足机器人腿部轻量化设计方法。基于本文提出的机器人仿真平台,研究机器人腿部轻量化设计方法。该方法以机器人行走达到规定速度且行走稳定为约束条件,驱动器传动系统的电机和减速器性能参数为设计变量,机器人腿部质量最小为优化目标。（5）完成新构型机器人和驱动器的试验验证。新构型机器人试验包括行走速度测试,腿部各关节驱动器力矩提取和分析。驱动器试验包括电机力矩与速度特性曲线试验、驱动器力矩与速度特性曲线试验、驱动器噪声测试和驱动器绝对定位精度测试。试验验证本文所建立设计准则的合理性和可行性,所提出机器人腿部新构型的创新性和先进性。试验验证驱动器参数设计方法、动力学仿真平台和双足机器人腿部轻量化设计方法的可行性和有效性。