双足被动机器人具有简单的结构、少量的控制、自然的步态和类似于人类步行的能量效率等优点,是机器人研究领域的一个崭新而重要的分支,近年来已成为研究的热点。当前被动机器人研究存在基础理论尚不完善、运动机理尚不明朗和行走稳定性差等问题。为了更准确地理解双足被动机器人运动的本质特征,加强模型研究对实际样机研制的指导作用,本文采用了Matlab数值仿真和Adams仿真验证的方法深入分析和研究了无边轮辐和无膝双足被动模型的运动特性及稳定性问题,并通过样机实验验证了仿真分析的结论。首先,给出无边轮辐和无膝双足被动机器人的物理模型,分析了模型结构特征和运动特点。将其每步运动过程分为摆动和碰撞两个阶段,根据拉格朗日方程和角动量守恒方程准确建立这两个模型的动力学方程。其次,利用Adams对被动无边轮辐进行动力学仿真,分析各参数,包括轮辐质心初速度、轮辐质量、辐条的足半径、辐条数、辐条长度、转动惯量和斜面坡度对无边轮辐稳定运动的影响;利用Matlab数值仿真和Adams仿真验证的方法,详细深入分析无膝双足被动机器人运动特性;根据庞加莱映射的原理,利用局部线性化的理论和Newton-Raphson迭代方程求解了双足被动机器人的稳定不动点,并描述了机器人运动过程中可能出现的周期分岔现象;同时结合无边轮辐和无膝双足模型的特点,在Adams中构建了带躯体无膝被动模型并分析了其运动特点。然后,根据庞加莱映射原理,利用局部线性化方法,通过求出模型雅克比矩阵特征值的模对无膝双足被动模型局部稳定性进行了详细分析;根据胞映射的理论通过求解模型稳定吸引域的方法对双足被动模型全局稳定性进行分析,详细分析了各参数(腿质量、腿的质心位置、足半径、腿相对质心的转动惯量、腿长、斜面坡度和髋关节质量)对机器人行走稳定性的影响;同时分析各参数对被动机器人稳定运动形态(步长、步速和步态周期)的影响;并用Adams验证了通过提高髋关节质量和增加足半径能提高双足被动模型的稳定行走的鲁棒性。最后,根据双足被动模型稳定性分析的结论,获得了被动模型一个优化后的参数组合,并以此研制了双足被动机器人样机;构建样机实验环境,根据数学中的概率理论,采用统计被动机器人样机成功行走路面次数的方法,验证了各参数(腿的质心位置、足半径和斜面坡度)对双足被动机器人运动稳定性的影响。