【摘 要】
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四足机器人被广泛地运用在救援、野外作业等作业上,作为一种地面载具,开展对四足机器人在不同地面,即硬质地面和松软地面下的步态规划研究有重大意义。本文围绕四足机器人在不同地面下的步态规划问题,开展对腿部机构运动学、动力学、足端地面力学、稳定性分析、落足点计算以及步态规划等问题的研究。（1）开展了对腿部结构的运动学问题的研究。本文基于实验室已有的可切换自由度（单自由度和双自由度之间可切换）的腿部机构,针
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四足机器人被广泛地运用在救援、野外作业等作业上,作为一种地面载具,开展对四足机器人在不同地面,即硬质地面和松软地面下的步态规划研究有重大意义。本文围绕四足机器人在不同地面下的步态规划问题,开展对腿部机构运动学、动力学、足端地面力学、稳定性分析、落足点计算以及步态规划等问题的研究。（1）开展了对腿部结构的运动学问题的研究。本文基于实验室已有的可切换自由度（单自由度和双自由度之间可切换）的腿部机构,针对模式为二自由度五连杆机构下的腿部结构,利用复数矢量法建立了腿部机构的正运动学、逆运动学模型。（2）进行了腿部地面力学问题的研究。使用拉格朗日方程推导了腿部动力学方程。对硬质地面采用Flores模型作为足端-硬质地面的碰撞力模型,建立了球状足端-硬质地面在法向的力学模型,使用经典摩擦理论的库伦摩擦模型,建立了球状足端-硬质地面的切向力学模型。对于松软地面,使用Bekker承压模型建立了球状足端与松软地面的法向力学模型,使用Janosi剪切模型建立了球状足端与松软地面的切向力学模型。在四足机器人单腿动力学模型的基础上,结合足端地面力学模型,建立了四足机器人腿部的地面力学模型。（3）开展了四足机器人的步态规划研究与分析。对四足机器人常用的行走步态和对角小跑步态的稳定性进行分析,进行了稳定裕度求解,分别建立了相对应的稳定判据。利用四足机器人的稳定判据,分别求解了硬质地面和松软地面下的行走步态和对角小跑步态的落足点可行域,使用修正摆线和贝塞尔曲线规划了相对应的足端轨迹,作出了相应的步态规划。（4）使用了ADAMS和MATLAB对四足机器人进行仿真分析。建立机器人仿真模型,验证了四足机器人落足点计算的正确性、足端轨迹规划和步态规划的合理性,验证了四足机器人在运动过程中具有了良好的稳定性,能够在硬质地面和松软地面上平稳运动。（5）开展了四足机器人实物样机的地面行走实验。通过姿态角度传感器采集机身的滚转角、俯仰角以及偏航角,分析角度变化情况,验证了四足机器人样机在硬质地面和松软地面下的步态规划的正确性,具备了良好的运动稳定性。
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