千百万年优胜劣汰的生物演进使得足式动物逐步优化完善着身体结构和功能,其腿部的结构使其能够很好的实现跑跳运动。足式机器人研究以对动物跑跳运动的研究成果为参照,在腿部结构和功能上进行仿生设计,虽已取得了众多研究成果,但是关于髋关节在运动中呈现出的回转柔性及其对弹跳运动产生影响鲜有涉足,因此本文针对这一问题展开研究,以期对髋关节回转柔性在机器人运动中的作用进行分析并加以利用,借助对柔性关节刚度的调节来改变其弹跳运动特性。在足式机器人中,这种特性需通过可变刚度柔性回转关节来实现,这一特殊的应用需求也为关节的设计以及运动控制提出了挑战。针对可变刚度柔性回转髋关节在单足弹跳机器人中的应用研究,利用基于动力学方程的庞加莱映射不动点分析方法,针对基于柔性回转髋关节的单足弹跳模型,研究了其在被动运动下的弹跳运动稳定性,并通过对比自由回转髋关节单足弹跳运动特性分析了髋部柔性回转关节对运动稳定性的影响。继而基于腾空相逆动力学控制改善了柔性回转髋关节单足弹跳的不动点分布,并借助建立能量消耗评价函数,研究了柔性回转髋关节在弹跳运动能量转化中的作用。通过对典型不动点处不同关节刚度下的运动能耗进行分析,建立了不动点能耗与关节刚度的对应,得出了髋关节回转刚度对机器人弹跳运动特性的影响。通过建立机器人单足弹跳虚拟样机进行了机器人弹跳实验分析,验证了理论分析结论的正确性,展示了柔性回转关节在单足弹跳运动中的作用,为研究可变刚度柔性回转髋关节的特性在单足机器人样机弹跳运动中的影响提供了指导。继而,在总结现有的可变刚度柔性回转关节构型的基础上,采用了基于运动传动比无级调节原理的关节设计思路,对传统的杠杆传动机构进行了改进,将其融合在可变刚度柔性回转关节设计中;针对足式机器人应用进行了小型轻量化设计,满足了其对关节的重量和体积较为严苛的要求,同时保持了较高的驱动能力。在机构设计中,关节的旋转运动和关节刚度调节采用相对独立的驱动链路,降低了其运动耦合性,在一定程度上简化了运动控制结构,为后续的单足机器人弹跳运动控制奠定了良好的基础。通过对关节结构的运动学分析初步得到了关节的刚度输出特性,并通过仿真和样机实验进行了验证。机器人弹跳中的腿部刚度调节通过关节刚度的调节来实现,缺乏行之有效的关节动态刚度辨识做支撑这一目的很难实现。本文首先引入泰勒展开对可变刚度关节中的柔性力矩进行线性化近似,通过进行关节参数解耦消除了关节刚度调节参量在刚度调整过程中对关节力矩的影响;利用卡尔曼滤波算法对关节力矩线性表达系数进行辨识。结合对关节转动惯量以及阻尼系数的辨识,本文实现了对关节动态刚度的辨识,并通过仿真实验对其有效性进行了验证。在此基础上本文采用了基于刚度前馈的控制方法对关节输出刚度尝试进行了闭环控制,通过仿真实验进行了可行性验证,取得了良好的效果。最后,本文建立了可变刚度柔性回转关节的实验系统,对关节的输出刚度特性进行了实验分析,证明了采用变传动比杠杆机构作为关节传动核心部件可以有效实现对关节刚度的调整,继而对关节刚度辨识和刚度控制方法进行了实验,展示了可变刚度柔性回转关节髋关节设计的可行性,验证了其具有可控的刚度调节特性。本文继而搭建了包含有可变刚度柔性回转关节的单足弹跳实验系统,介绍了实验系统的硬件软件系统构成,对柔性回转髋关节不同刚度下的弹跳运动进行了实验,针对可变刚度柔性回转髋关节的刚度调节特性对单足弹跳机器人运动的影响进行了验证。