近年来,仿生足式机器人已经成为移动机器人领域中的热点研究课题。由于仿生足式机器人具有其他类型机器人难以比拟的一些优势,如以四足哺乳动物为仿生对象研制的四足机器人具有移动速度快、运动灵活度高、稳定性相对较好的优点,能够在物资运输、灾难救援等民用领域和侦察探测、协同作战等军用领域发挥重要作用,因而得到人们的青睐与关注。同时,由于仿生四足机器人的结构形式与人类常见的四足动物相似,易于得到人类使用者的好感,为此类机器人离开实验室、走入人们生活提供了便捷的条件。因此,开展四足机器人的研究具有重要的理论和现实意义。为了使四足机器人真正具有实用性,如何提高和改善四足机器人在复杂环境中的适应能力,并提高四足机器人在各类环境中的运动能力,一直是四足机器人研究的重中之重。本文将以一款全液压驱动的中型四足机器人为研究对象,重点针对四足机器人在不同步态、不同地形、不同外界环境下的机体运动稳定性控制和关键运动参数优化等问题进行系统研究和深入探索。基于负载型四足机器人的设计目标,本文在对四足机器人腿部结构关键参数进行系统设计与整体优化的基础上,对机器人的关节配置形式进行了设定,阐述了四足机器人各腿节机械结构的设计思路、结构特性,和全液压驱动系统构成方案和工作机理,并对完成系统集成后的四足机器人实物样机进行了介绍,分别建立了机器人的运动学模型和机体运动规划方法,为后续的机器人运动控制进行了理论与技术准备。基于四足机器人运动性能的综合评价,本文对四足机器人Walk步态行走时的步长参数和抬腿高度参数进行了优化与分析,其结果对不同运动条件下关键步态参数的选取具有指导意义。针对人工规划机体运动轨迹的不足,为解决具有重心连续横向调整的机体运动轨迹规划参数设计问题,基于粒子群优化算法对四足机器人重心轨迹的关键参数进行了优化求解,能够保证四足机器人在具有足够运动稳定裕度的前提下,获得较高的运动速度和更稳定的运动效果。针对不同地形条件下四足机器人稳定运动控制问题,分析和研究了足端轨迹局部几何特征和速度特征对四足机器人在低摩擦系数地面Walk步态行走性能的影响,提出了一种四足机器人在低摩擦系数地面行走的横向稳定性控制策略。基于动态稳定性对四足机器人Trot步态在斜坡地形稳定运动的控制参数进行了设计与数值分析,并通过引入斜坡稳定运动参数,实现了对于四足机器人Trot步态攀爬连续台阶地形的运动控制。分别对四足机器人处于侧向冲击情况下和非对称承载情况下的稳定控制方法进行了研究。提出一种具有偏航俯仰协同控制的侧向冲击稳定控制策略,在实现侧向冲击下机体稳定控制的同时,有效抑制偏航现象的发生。基于速度逆运动学分析,构建了具有四足支撑相的Trot步态位姿反馈控制模型,通过四足支撑相对机体位姿的反馈控制,并同时将机体位姿引入摆动相控制中,有效改善了由于非对称承载造成的机体横滚翻转对Trot步态运动稳定性的影响。基于虚拟模型控制方法对于四足机器人机体横滚现象的控制思路及控制效果,本文提出了针对不同方向Trot步态运动所具有的机体运动特征,分别采用平衡式和单向式质心轨迹规划调整方法,结合机体高度控制,从机器人起步阶段全面提高了Trot步态运动稳定性,并基于增强学习策略梯度方法,对控制参数进行了迭代求解。针对项目研制近期目标和实物样机实验需求,本文完成了具有机器人运动状态实时监控功能的远程控制软件设计。对四足机器人实物样机的负载能力、典型步态行走能力、转向运动能力、斜坡运动能力、抗侧向冲击能力进行了实验验证。