在庞大的移动机器人家族中,常见的有轮式机器人、履带式机器人以及足式机器人三种。相比而言,足式机器人具有较强的结构灵活性和环境适应能力,可以在山地、丘陵等非结构化地形条件下可靠行走,具有特殊的使用价值。在形形色色的多足机器人中,液压仿生四足机器人具有负载能力强、适应能力好、运动性能佳等优势,成为了近年来移动机器人领域的研究热点。本文以实验室研发的一款液压四足机器人为研究对象与验证平台,针对四足机器人的步态规划及其优化方法进行了深入研究。本文进行的主要研究工作如下:(1)进行了基于步态参数的优化设计。本文研究的步态参数包括步序和步长。步序的优化设计是针对四足机器人的静步态稳定性规划问题,为此进行了基于支撑多边形稳定判据的最优步序研究。由于四足机器人以不同的步序移动会对其运动稳定性和能量消耗产生巨大的影响,所以本文采用穷举法列举比较所有可能的迈步顺序,从重心调整次数和稳定裕度等方面对不同迈步顺序下的四足机器人运动性能进行分析比较,最终得到了四足机器人在静步态下的最优步序。基于步长的优化设计则采用函数拟合的方式,以运动速度和运动性能(评价函数)为设计变量,对步长进行拟合,得到步长的三维拟合曲面,即在给定机器人速度要求的情况下,可以得出使其运动性能最佳的步长参数。(2)进行了基于足端轨迹的优化设计。研究四足机器人足端轨迹曲线局部几何特征的变化对于其运动性能的影响。本文采用贝塞尔曲线作为机器人足端轨迹,并对贝塞尔曲线进行了优化和调整,通过充分对比仿真结果,可以发现足端轨迹几何特征对四足机器人的运动性能有着一定的影响,通过调整可以提升机器人步行效果,从而可靠的验证了足端轨迹优化设计的有效性。(3)进行了基于机身横向调整的优化设计。本文提出了一种基于智能优化算法的优化方法。为此特别设计了机身间歇横向调整和机身连续横向调整的两种优化模式。并针对四足机器人因实现平衡稳定而进行机身横向调整的静步态稳定性规划问题,进而提出了一种新的基于粒子群算法的四足机器人机身横向调整参数优化方法。该算法以运动过程中机身的横向调整参数为设计变量,其目标函数综合考虑了四足机器人躯体稳定性、行走直线性等运动性能,并进行了一系列仿真实验验证。仿真实验结果表明,所提优化方法可以快速有效地寻求全局最优参数,使四足机器人能够实现具有良好运动性能的静步态。(4)系统阐述了液压四足机器人实物样机的结构设计及其理念,并且进行了大量的实物样机实验,如“行走速度测试”、“负重能力测试”、“失稳瞬间的平衡快速调节能力测试”、“爬坡能力测试”、“自动随行能力测试”以及“抗侧向冲击能力测试”,在实验中均使用了本文所提出的优化后的步态参数、足端轨迹以及机身调整策略,实验结果验证了本文所提出理论与方法的可行性和有效性,具有重要的实践指导价值。本文进行的从底层的基于步态参数的优化设计,到中层的基于足端轨迹的优化设计,再到顶层的基于机身调整的优化设计,以及所提出的基于智能优化算法的优化方法,都具有重要的理论研究意义和重大的工程实用价值。本文针对四足机器人静步态优化问题进行了系统性、全方位、多维度的研究与对比分析,并通过虚拟样机仿真与实物样机实验进行验证。本文取得的技术成果可在移动机器人领域产生积极影响和推动作用。