近些年来四足机器人的高速运动研究都是基于仿生Gallop步态展开的。然而在Gallop步态下,传统刚性四足机器人存在减缓地面冲击效果差,适应运动环境能力低的问题。仿生学研究中发现,自然界中四足哺乳动物的腿部骨骼肌组成的柔性系统具有减缓冲击,主动调节刚度适应环境的能力。因此,本文研究了腿部刚度与Gallop步态稳定性的关系,并针对稳定性对腿部刚度主动调整的需求,设计了一款结构紧凑、扭矩线性输出可变刚度柔性关节。本文主要研究内容如下:首先,为了分析四足机器人的Gallop步态特性,对自然界中马的Transverse Gallop步态及其特性进行了分析,并基于马的Transverse Gallop步态分析得出了Gallop步态的步态时序和占地系数。基于SLIP模型建立了四足机器人等效单腿模型和等效整机模型,建立了Gallop步态动力学方程。其次,为了分析腿部刚度与Gallop步态稳定性的关系,对Gallop步态稳定度和腿部冲击强度进行了定义。分别基于双质点等效整机模型和SLIP模型建立了Gallop步态的被动动力学方程及单腿被动动力学方程。通过对被动动力学的求解,表明腿部刚度与机身稳定性呈正相关、与减缓冲击能力呈负相关的关系,并研究得到了不同速度对应的腿部刚度计算方式。再次,针对稳定性对腿部刚度主动调整的需求,设计了一种可变刚度柔性关节。在分析了杠杆式变传动比机理与变斜率式变传动比机理上的优缺点后,提出了基于变斜率式变传动比机理提出了旋转式变斜率变传动比的变刚度技术方案。在此基础上,基于关节扭矩线性稳定输出原则,设计了变刚度机构斜面的轮廓曲线,采用数值分析方法得到了柔性关节的输出刚度控制函数,并以此对柔性关节结构进行了设计。最后,搭建了可变刚度柔性关节性能验证平台,并进行了实物实验,实验结果表明,本文设计的可变刚度柔性关节具有较好的线性稳定输出能力,较大的刚度调节范围。搭建了具有可变刚度柔性关节的四足机器人物理样机,在不同的腿部刚度下以Gallop步态做了运动测试,实验结果表明,腿部刚度与Gallop步态稳定性成正相关,而且柔性关节可有效地减缓腿部冲击。