本课题来源于中央高校基本科研基金项目，以提高四足机器人机动性和灵活性为目标，研究高速运动步态的四足机器人中脊柱关节的作用，提出新型含脊柱关节四足机器人模型，并设计研制二维脊柱关节四足机器人跳跃运动原理实验装置，针对脊柱关节对跳跃运动的影响开展仿真和实验研究。首先，在分别对国内外各种跳跃机器人和四足机器人总结分析的基础上，指出传统典型四足机器人的背部结构的局限性，由此提出新型含脊柱关节的四足机器人运动模型。针对四足机器人跳跃运动步态对模型进行简化，最终得出二维含脊柱关节机器人数学模型。在此基础上，对机器人脊柱关节和关节型腿机构分别进行了设计，并提出和设计了其气动控制系统和整体控制系统实施方案。其次，通过建立四足机器人跳跃运动数学模型，并对其跳跃步态进行分析，得出其在一个完整跳跃运动周期中的四个运动相。在特定的假设情况下，应用拉格朗日方程分别对四个运动相进行运动学和动力学分析，分别得出四个运动相的运动方程，并对各运动相进行相应动力学分析。根据跳跃步态运动的特点，提出了基于事件的跳跃步态各运动相转变条件。再次，通过采用庞加莱映射方法对含脊柱关节四足机器人周期性跳跃稳定性研究，将四个运动相的运动状态归结为一个混杂系统，并对该系统构建庞加莱映射函数。通过牛顿-欧拉方程迭代方法寻找该混杂系统的不动点，进而探讨其跳跃运动的稳定性。最后，利用ADAMS软件建立了含脊柱关节四足机器人跳跃运动虚拟仿真模型，通过与刚性躯干模型进行对比仿真，得出在周期性跳跃运动过程中，脊柱关节运动可增加机器人跳跃运动的步幅，从而提升了水平运动速度；同时在触地过程中，脊柱关节运动降低足尖所受冲击力，将能量充分吸收到触地腿的弹性储能元件中，从而减少了此过程中的能量损耗；再次，脊柱关节的运动能提供额外的助推力，使其达到更高的跳跃高度。以上实验得到了一些有意义的数据和结果，为含脊柱关节四足机器人样机的研制提供了有力的参考。