四足机器人是移动机器人研究领域中重要的研究方向,因具备负载能力强、环境适应性强和运动灵活等优点,在物资运输、救灾检测和家政服务等领域有着广泛的应用前景。因此,对四足机器人的运动控制进行研究具有重要理论意义与现实价值。本课题以四足机器人作为研究对象,针对四足机器人在复杂环境下稳定性较差、越障能力有限和足端接触力较大等问题,设计了关节腿式结构四足机器人运动控制系统的软硬件结构,开展了四足机器人在运动学计算、静步态规划和阻抗控制等方面的研究,完成了四足机器人在复杂环境下的稳定柔顺运动。本课题主要研究内容如下:1、设计了以STM32+FPGA为核心处理器的四足机器人嵌入式运动控制板,实现了协调控制16路电机和多种传感器数据采集等功能。基于Altium Designer16开发平台对运动控制器的硬件电路原理图和PCB进行设计,完成了运动控制器样板制作;基于Keil u Vision5和Quartus II 13.1开发环境对运动控制器的软件结构和功能模块等进行设计,完成了FMC通信和脉冲输出等功能测试。2、建立了四足机器人的D-H坐标系,以右前腿为例,建立了单腿的正运动学方程,利用解析几何法求解了单腿的逆运动学方程;使用质心定理,求解了关节腿式结构四足机器人重心的实时位置。3、通过对四足机器人步态参数的分析,确立了四足机器人最优的迈步顺序;以四足机器人机身俯仰角为控制目标,进行了姿态调整规划设计;以五次曲线为基础,设计了四足机器人的重心运动轨迹和摆动足运动轨迹,保证四足机器人运动过程中速度和加速度的连续性。4、在Simulink中建立了阻抗控制模型,分析了阻抗参数对阻抗控制器性能的影响;建立了足端与地面接触等效模型,设计了基于位置的阻抗控制器,比较了基于阻抗控制和基于位置控制的优缺点;对足力跟踪进行了基本研究,实现了四足机器人基本的足力控制功能。5、分别在Webots四足机器人仿真模型和四足机器人物理样机上进行了基本行走和足力控制实验,其中基本行走实验包括俯卧撑运动、平坦路面行走、非平坦路面行走和姿态平衡恢复等,足力控制实验包括单腿阻抗控制和基于阻抗控制的足力跟踪。经过上述实验和分析,验证了本文所设计的四足机器人控制系统和所述方法的合理性和有效性。