不同于其他灵长类生物，人类在复杂地面条件下可以轻易的实现稳定而高效的双足行走步态。尽管人类的日常步态自然流畅且通常不对步行轨迹进行准确的规划，但由于人类日常步态是一个动态行走过程，双足行走本身是一种高阶非线性多自由度的复杂系统，对于双足动态行走的建模和机器人实现十分复杂。传统的多驱动、多自由度的刚体模型不适于分析动态双足行走，且基于此模型研制的双足机器人实体能量效率低、多数只能实现静态行走。因此，如何描述和分析动态双足行走，研制可以实现三维动态行走的双足机器人，并将动态行走机理应用到智能人工肢体的研制中，成为一个极具挑战性的研究课题。基于包含被动动态行走在内的极限环行走机理，本文展开了动态双足行走的理论研究和实体机器人研制工作。　　 为了探求人类双足行走的内在机理，本文基于极限环行走准则，提出更接近人类实际行走的动态双足行走理论模型。首先，在最简动态行走模型基础上增加平脚结构，研究脚结构对最简动态行走模型稳定性的影响。之后提出了含脚结构的有躯干三杆动态行走模型，分析比较了点脚、圆脚和平脚三种脚结构以及躯干对动态行走的能量效率和稳定性的影响。在此基础之上，提出了含脚踝柔性的无躯干动态双足行走模型和含脚踝柔性的七杆动态行走模型，研究了脚踝柔性和平脚结构参数对动态行走的影响，并探讨了人类目前脚结构的进化意义。此外，本文还通过引入侧向脚踝柔性把二维动态行走模型扩展到三维，建立了带有柔性脚踝的侧向摆动模型，讨论了侧向摆动稳定性问题，并研究了模型结构参数以及踝关节外加驱动等因素的变化对侧向摆动的影响。　　 基于理论模型的研究结果，本文研制出含关节柔性的三维动态行走机器人。机器人由髋关节电机驱动，膝关节和踝关节均引入了柔性机构。针对动态行走机器人提出了基于粒子群优化的步态优化方法，通过仿真和实体机器人实验研究在崎岖路面条件下的动态双足行走。所研制的机器人实体可在柔软地毯、存在打滑的平地和崎岖路面条件下实现三维动态行走。　　 此外，本文基于动态行走机理和机器人实体研究结果，设计了与健康腿存在实时交互的智能人工肢体。通过双脚脚底的接触传感器判断当前行走状态，从而控制智能肢体与健康腿实时配合。在无复杂的前期训练情况下，高位截肢者在穿戴该智能肢体后即可实现三维动态行走。