随着科技的发展,机器人在人类生活中的应用领域不断扩大,包括服务、娱乐、医疗和军事等。双足机器人具有类人的结构和外观,对环境适应性强、灵活性高,可以代替人类完成很多危险性任务,比如防火救灾、环境侦查等。而如何让双足机器人实现高速度、低能耗的稳定运动,是目前机器人领域的研究热点之一。非洲鸵鸟（以下称为鸵鸟）作为目前世界上奔跑速度最快的两足动物,其腿部粗壮有力,能够实现持续的高速运动,此优越性对双足机器人的机械结构设计提供了重要的参考价值。本文以鸵鸟为仿生原型,根据工程仿生学原理,设计一种全形态式仿鸵鸟机器人,并进行相关理论分析和仿真实验研究。主要研究内容如下:（1）结合文献调研法研究鸵鸟的生物体机构、生物运动机理和运动规律,总结使鸵鸟实现持续的高速稳定奔跑运动的原因。采用仿生机械设计和轻量化设计,设计出一款结构紧凑、控制简单,且能实现高速奔跑、节能减震的全形态式仿鸵鸟机器人,并通过SOLIDWORKS建立三维模型。（2）简化机器人腿部结构,采用矢量解析法建立正向运动学数学模型,求得其足端轨迹及各关节速度和加速度方程,并通过ADAMS仿真验证了模型的正确性。基于此,以使实际轨迹与期望轨迹距离最小为目标函数,通过MATLAB遗传算法工具箱进行优化设计,得到一组最优的腿部机构结构参数。提出了三种求解腿部机构逆解的方法,并验证了其中微分法的正确性。同时,对机器人头、尾和翅膀机构进行正逆运动学分析,并验证其正确性。（3）基于达朗贝尔原理对机器人腿部结构进行动力学分析,建立动态静力学模型,求解出各关节约束反力及曲柄所需驱动力矩,并通过ADAMS仿真验证了动力学模型的正确性。（4）通过ADAMS软件建立机器人的虚拟样机仿真模型,对机器人刚性腿与具有弹簧或（和）扭簧的弹性腿进行仿真实验,对比仿真结果,结果表明弹性元件对机器人运动性能具有明显提升。通过ADAMS仿真分析不同刚度下弹簧和扭簧对机器人运动性能的影响,并组合不同刚度的弹簧和扭簧,得出一定区间内最能满足机器人设计需求的一组弹簧和扭簧刚度。（5）对机器人双腿、头、尾和翅膀进行运动规划,并使用PID算法设计机器人各部分运动控制器。在此基础上,在ADAMS中添加相应的STEP驱动函数,对机器人整体进行仿真实验,验证了运动规划的可行性。