被动行走是一种非常有趣的力学现象。被动行走器仅靠重力就能在下坡路面上呈现稳定的周期步态,对此类问题的研究可以为有驱动双足机器人的设计制作提供借鉴和依据。本文首先总结了研究被动行走问题研究的方法,包括模型简化、方程推导、程序实现、仿真计算、样机制作、实验设计等。接下来利用仿真确定了无量纲的足半径、转动惯量、质心位置、斜面倾角等参数对于模型步长、周期、行走速度等步态特征量的影响,通过大量的实验,验证了足半径对步态影响的规律。采用胞映射和Newton-Raphson迭代结合的方法来获得被动行走器周期步态的不动点,并得到不动点的吸引盆。研究了吸引盆随着足半径、转动惯量和质心位置变化的规律,得到了能够承受较大初始扰动的参数组合。利用样机实验验证了足半径对于吸引盆的影响,分析了误差原因。设计了高度随机变化的台阶路面和倾角随机变化的路面,考察行走器的鲁棒性。让行走器在持续随机干扰的情况下行走100个无量纲时间单位,反复行走500次,用摔倒率来衡量行走器的鲁棒性。结果表明增大足半径和提高质心位置均有利于增强行走器越障能力。较大的转动惯量有利于行走器在倾角随机变化的路面上行走,而较小转动惯量有利于行走器在台阶随机变化的路面上通过。倾角随机变化路面样机实验验证了足半径增大对提高行走器鲁棒性的效果。对带膝关节被动行走器进行了仿真研究,提出参数渐变法来获取不同参数组合行走器的不动点,利用胞映射研究了它们的吸引盆。仿真得到了具有很高行走速度的被动行走器,其无量纲Froude数超过现有报道的所有双足样机。对被动行走中的倍周期和混沌现象作了分析,研究了足半径,转动惯量及质心位置影响被动行走器倍周期及混沌步态出现的规律。得到了斜面倾角增大时样机的倍周期步态。得到了带膝关节被动行走器的倍周期和混沌步态仿真结果。给出了能够在高度差为10%腿长的台阶路面上以倍周期步态稳定行走的直腿被动行走器仿真结果。在台阶路面的样机实验中发现了倍周期现象,用样机的参数进行仿真,与实验记录吻合良好。