近年来,随着科学技术的持续发展,人类对足式机器人的研究取得了一些突破,足式机器人以其对复杂地形的适应能力逐渐越来越受到研究者们的关注,并在近年来成为研究热点。但足式机器人相对轮式机器人技术复杂的多,无论是控制算法还是机体结构,足式机器人都还需要大量的研究。四足机器人作为足式机器人的一种,其相对双足机器人更具有稳定性,相对六足机器人更加简洁,而要研究足式机器人,一款性能优良的单腿系统必不可少,因此本文的研究内容为液压驱动四足机器人的单腿系统,并从以下几个方面展开了研究工作。单腿的运动学建模以及关节速度、加速度与液压缸速度、加速度关系解算。运动学包括正运动学以及逆运动学,分别对正、逆运动学进行求解,随后基于运动学对单腿系统关节速度、加速度与液压缸速度、加速度关系进行解算。单腿系统动力学建模。本文首先计算单腿系统简化动力学,只考虑机体、大腿、小腿部分质量,考虑简化动力学精度不够高,在简化动力学基础上考虑液压缸缸筒以及液压缸缸杆的质量推导出完备动力学,更加完备的动力学模型更有助于后期基于动力学的控制与单腿系统液压功率建模。通过不同方法对单腿系统进行轨迹规划,将轨迹规划的结果输入建立好的阀控非对称缸位置控制模型中进行计算。首先通过SLIP模型的近似解,对单腿系统质心进行轨迹规划;随后以质心速度做余弦运动为假设,推导出另外一套轨迹规划方法,即质心余弦轨迹规划。通过Adams与Simulink联合仿真验证正确性。单腿系统基于动力学控制。通过推导出的动力学内容,搭建Simulink控制模块,通过与Adams联合仿真完成验证。以不同优化函数为目标以及不同的优化参数,分别对单腿系统进行结构优化。首先以关节摆动幅度最大为目标,对大腿、小腿关节铰点参数进行优化;其次以单腿系统功率最小为目标,对单腿质量分布及质量大小进行优化;最后以单腿系统总功率与单腿系统工作空间面积乘以权重之和最小为目标,对单腿系统各个杆长参数进行优化。