四足机器人在军事作战、野外探测、安全巡检等领域具有良好的应用前景。近年来,脊柱在四足动物运动中的作用受到了越来越广泛的关注。许多学者研究设计了多种不同结构和功能的人工脊柱。动物的脊柱具有较好的柔顺性,能够有效地提高机器人的移动速度、降低能耗以及实现稳定的运动。本文设计了一种具有柔性躯干的四足机器人,该躯干具有三个自由度,分别为偏航关节、横滚关节和俯仰关节。基于ZMP(zero moment point)稳定性理论,分析讨论四足机器人在刚性模型、多质点模型和单质点模型下的ZMP的求解。对角小跑步态是四足动物最为常见的高速步态,本文分别讨论了两种不同的对角小跑步态:常规对角小跑步态和间歇性对角小跑步态。同时,提出了一种针对对角小跑步态基于ZMP理论的姿态平衡控制方法,脊柱的摆动在这种方法的实现上起着关键作用。此方法大致可分为四个步骤,依次是建立四足机器人单质点模型,规划ZMP轨迹,基于ZMP方程获取机体质心轨迹,利用偏航关节的侧向摆动完成质心规划。本文分别对这两种对角小跑步态提出不同的姿态平衡控制策略。对于常规对角小跑步态,将点ZMP近似于机体质心于地面的投影点,并根据点ZMP需时刻落于支撑区域内这一原则,求解腰部偏航关节摆动函数θyaw(t)=Asin(ωt+π/2)最优解。而在间歇性对角小跑步态下,则规划点ZMP落于支撑区域对角线上,根据单质点模型的ZMP微分方程推导机体质心轨迹,最后由质心位置反推偏航关节摆动角。在步态实现过程中,利用间歇性对角小跑步态的四足支撑相解决质心突变问题。本文利用虚拟样机仿真分析软件ADAMS搭建四足机器人的动力学仿真模型,通过该模型对所提出的姿态平衡控制方法进行验证。首先在常规对角小跑步态的姿态平衡控制仿真中,以周期T=0.5s,起始高度为113mm为例,通过添加偏航关节的摆动控制后,当t=1～3s时,轨迹偏移由原先的36.97mm降为5.38mm,而机身振幅也由46.06mm降为4.32mm,降幅超过80%。其次在间歇性对角小跑步态的姿态平衡控制仿真中,以周期T=1.3s,起始高度为113mm为例,通过添加偏航关节的摆动控制后,当f=1.8～7s,轨迹偏移由原先的92.07mm降为24.68mm,而机身振幅也由62.26mm降为8.61mm,降幅高达80%。实验结果均证明了文中提出的姿态平衡控制策略的有效性。