不了解移动机构与地面之间的相互作用机理可能会导致严重后果。2009年NASA火星探测器勇气号在火星特洛伊沙地中因为车轮刨土导致严重的滑转失效,最终使好奇号陷入松软的沙丘中不能移动。机遇号的车轮也曾在火星梅里迪亚尼平原表面沉陷达到30cm,后来艰难脱困。足式步行车具有足-地接触点离散、落足点调整灵活、可以跨越复杂障碍物等优势,在军事、星球探测、核电站救援等方面有着广阔的应用前景。高性能足式步行车可以充分发挥足式装备的优势,较好地完成松软崎岖地带的作业任务,而足-地动力学正是足式步行车的移动机理核心和理论源泉,在步行车的样车设计和地面力学参数在线辨识等诸多方面的研究中扮演重要角色。本文基于地面力学理论,对步行足在硬质地面和松软地面上的足-地动力学建模与参数辨识开展研究。硬质地面上足-地动力学建模分析。首先,以六足步行车平台为例,定义了足端坐标系和整车坐标系。在此基础上定义了平板足的姿态角?和速度角色。在硬质地面上,以末端带有弹簧的弹性足为研究对象,基于Hunt-Crossley连续碰撞基本模型和Coulomb摩擦模型,建立了弹性足在不同摩擦系数硬质地面上的推进力和承载力与足端变形量、足端等效刚度、等效阻尼之间的数学模型。松软地面上足-地动力学建模分析。在深入分析松软地面的承压性质和剪切性质的基础上,得出足端打滑主要原因是土壤抗剪切能力的不足。基于地面力学中的Bekker和Janosi半经验公式,建立了平板足、半圆柱和球形足的足壤接触区域的应力分布函数,借鉴地面力学中的线性化理论,建立了步行足的足-地动力学模型。所建立的模型包含了土壤的力学参数、足端触地姿态、触地速度方向、足端几何形状等参数。单腿足-地动力学测试系统开发。设计并搭建了一台单腿足-地动力学测试系统。开发一套上位机控制和数据采集软件,可以完成足-地相互作用过程中足端推进力、承载力、侧向力、足端下陷量、足端姿态角和地面倾角的采集。通过伺服控制系统可以进行单腿在各种地面上的拖曳和加载。该测试系统可以设置不同内聚力和内摩擦角的松软地面,可以调整地面的倾斜角,该测试系统为实验的有效开展提供了支撑。足-地动力学实验与参数辨识研究。不同软硬程度的地面上的足-地动力学模型有较大差异,需要根据模型待辨识参数的具体情况设计不同的辨识方法。针对硬质地面上弹性足和松软地面上刚性足的足-地动力学模型,设计了不同的足-地动力学实验,分别辨识了模型的参数。在硬质地面上将弹性足的刚度项和阻尼项分开辨识。采用准静态加载的方式,辨识得到了刚度项系数。建立了松软地面上平板足的承载力模型,使用压板实验辨识出的土壤承压性能参数对足端承载力进行了预测,预测误差为18.24%。建立了平板足的足底应力分布函数,对足端姿态角分别为5°、15°、25°和35°的实验数据使用非线性拟合辨识,得到了推进力和承载力的应力-应变系数。最大拟合误差为18.57%,最小误差为9.89%,对比相关领域经典文献,验证了平板足足底应力分布函数建立的有效性。