三足机器人的行走步态是三足机器人研究领域的热点。在三足机器人的步态实验中往往不考虑地面存在未知障碍物的情况,而实际应用于复杂环境中时,机器人对未知地面环境的适应能力却尤为重要。本文以三足机器人为研究载体,从其能量稳定裕度入手,采用预测控制的方式优化生成步态,从而使机器人能适应存在未知障碍物的地面进行行走。本文主要的研究工作为:1.分析三足机器人的结构和自由度,并根据其结构采用DH矩阵对机器人单腿进行运动学建模。根据运动学建模结果采用数值仿真分析足端工作空间范围,为步态分析奠定基础。2.根据机器人结构,分析并设计三足机器人步态。针对三足机器人的步态特点,结合机器人能量稳定理论,提出一种提高三足机器人步态稳定性的控制策略,并通过数值仿真对该控制策略进行了验证。仿真结果表明,采用该控制策略能使机器人保持较大的能量稳定裕度。3.根据控制策略,设计预测控制器控制机器人虚拟腿的伸缩以获得较大稳定裕度,同时优化生成步态。针对预测控制中出现的超调问题,将约束优化引入,使用变约束预测控制优化状态空间模型。并通过仿真对两种预测控制算法进行了比较,实验结果表明,变约束预测控制算法可以减少控制中出现的超调。针对识别未知地面环境的问题,引入陀螺仪数据通过欧拉旋转方程对地面进行识别,提出预测控制器的参考轨迹在线生成算法。最后通过仿真验证了参考轨迹生成算法的可行性。4.在V-REP物理仿真平台上,搭建三足机器人虚拟样机。采用共享内存的方式实现V-REP和MATLAB的数据通信,并搭建联合仿真平台。最后通过联合仿真平台开展机器人适应障碍物行走的物理仿真。仿真结果表明,文章提出的控制方法能够使三足机器人适应存在未知障碍物的地形行走。