实现双足机器人的稳定、低能耗拟人步态，是机器人研究领域的热点与难点之一。被动行走机器人依靠重力沿斜坡行走就可实现稳定的低能耗步态，为步行双足机器人的研发提供了新思路。目前，针对被动行走的研究主要集中在斜面环境，很少涉及台阶环境。而台阶是机器人最普遍面临的行走环境之一，仅考虑斜面环境制约了被动行走理论研究成果的适用性。因此，研究台阶环境下的被动行走机器人步态动力学机理有重要的理论意义和工程应用价值。 被动行走机器人的步态动力学模型是由微分代数方程定义的混杂系统，由于这类系统具有非光滑属性，机器人的步态动力学特征十分复杂。目前，对被动行走机器人步态动力学的研究主要集中在倍周期分岔、鞍结分岔等局部分岔，而较少涉及内部激变、边界激变等全局分岔，缺乏对步态失稳机理的深入认识。此外，这些研究多采用时间响应图、余维一分岔图等数值工具，只能获得局部的动力学信息，难以形成指导机器人设计的动力学参数优选准则。 针对上述问题，以一种圆弧足被动行走机器人为研究对象，建立了机器人在台阶环境下的动力学模型，综合利用余维一分岔图、双参数稳定图等数值工具，分析了步态的局部分岔和全局分岔行为，揭示了关键动力学参数协同变化对步态的影响规律，并开展了仿真与实验研究。研究结果拓展了被动行走理论的适用范围，有助于深入理解步态失稳机理，为台阶环境下被动行走机器人的动力学参数优选提供理论支持。本文主要工作如下： (1)动力学建模。运用拉格朗日方程和角动量守恒原理建立了圆弧足机器人台阶行走的动力学模型，并给出了适用于此类混杂系统的数值求解方法。 (2)步态失稳机理分析。利用余维一分岔图、李雅普诺夫指数分析了步态的局部分岔行为，包括倍周期分岔、鞍结分岔、极限环的折叠分岔，并通过计算不稳定周期轨道、吸引盆分析了步态的全局分岔行为，包括内部激变、边界激变，揭示了被动行走机器人从台阶上摔倒的动力学机理。 (3)动力学参数影响分析。在步态失稳机理的基础上，综合运用余维一分岔图、双参数稳定图、吸引盆等数值工具，分析了关键动力学参数协同变化下机器人步态的演化规律，提出了台阶环境下被动行走机器人动力学参数优选准则。 (4)仿真与实验研究。基于Adams多体动力学软件开展了仿真分析，并基于Qualisys运动捕捉系统搭建了实验环境，试制了机器人样机，通过实验对比了机器人在不同参数下的步态动力学行为，验证了理论分析结果。
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