长期以来,随着科技的进步与机器人技术的推陈出新,人们逐步意识到发展足式机器人的重要性。因此,在过去四十年时间中,足式机器人得到了一些科研机构的广泛关注和重视。相比较单足,双足和六足机器人来说,四足机器人在动态特性、容错特性和控制复杂程度来讲都优于其余三种,因此当前许多科研人员将研究重点转向四足机器人。与此同时,随着机器人容错性能的需要,机器人的故障诊断工作也变得尤为重要。对于四足机器人来讲,其重点一方面在于在系统镇定的前提下,机器人的运动位置和姿态良好控制;另一方面,对于复杂的机器人控制系统,故障诊断与故障估计也是进行系统分析与控制策略制订的关键。论文的主要研究内容如下:1.对机器人系统列写出牛顿-欧拉动力学方程,取三轴位移与三轴旋转角度作为系统状态变量,建立了连续时间状态空间模型。对连续时间系统近似离散化设计,可以得到离散时间状态空间模型。2.对前面的得到的状态空间模型设计了输出反馈控制器与基于LQR的最优控制器,使系统输出可以快速跟随参考输入,同时利用李雅普诺夫稳定性判据对系统的稳定性进行了判定。对所设计的控制器进行了数值仿真,结果表明输出反馈控制器和基于LQR的最优控制器可以对机器人进行良好的控制,快速跟随参考输入,同时基于LQR的最优控制器有一定的容错性。3.对于存在故障和扰动的系统,利用等价空间的方法设计了残差产生器和故障估计器。通过残差产生器获得的系统残差可以对系统的故障进行诊断,结合设计的故障报警阈值可以对系统的故障进行及时有效地报警;通过故障估计器获得的系统故障估计可以实现故障的识别,为后续的高级控制策略方案的制订奠定了基础。对故障诊断和故障估计进行了数值仿真,结果表明本文设计的残差产生器和故障估计器可以准确有效地对系统故障进行报警和故障估计。4.总结了本文的主要工作和不足之处,并对下一步工作的开展进行了展望。