地球陆地表面有一半以上的面积为崎岖地形,包括山地、沼泽、沟壑等,在这些地形无法使用传统的轮式或履带式机构进行移动,因而在这些地域的地形勘测、工程探险、军事侦察等任务难以使用传统移动机器人完成。然而许多陆生动物能够在这些崎岖地形灵活奔跑跳跃,这给予人类以下启发：腿足移动方式在崎岖地形具有极大优势。大自然中的生物千千万,而大型陆生动物绝大多数都是四足动物,这说明在漫长而又残酷的优胜劣汰过程中,四足动物获得了大自然的认可,逐渐发展壮大并繁衍至今。猎豹能高速奔跑,山羊能在峭壁上如履平地,骆驼能长期在严酷环境下负重行走,四足移动方式的优势不言而喻。目前腿足式机器人按照腿的数量主要分为单足、双足、四足、六足、八足等,其中四足形式因为拥有比双足更强的稳定性和比六足、八足更简单的机构而广受重视,这与大自然的选择完全一致,更坚定了人们研究四足机器人的决心。本文通过研究四足机器人的结构和步态,提出了一系列的控制方法,主要包括以下几方面内容：1、对于移动机器人来说,移动是机器人的基本功能；对四足机器人来说,在保持稳定的情况下实现快速、灵活的移动则是机器人控制的重中之重。本文提出一种基于振荡合成的运动控制方法,首先将机器人在平面内的运动解耦为前后移动、左右移动和自转运动,然后对三个方向上的速度进行独立控制,再通过轨迹合成获得最终足端轨迹,实现了机器人的全方位移动。2、斜坡是一种常见地形,当机器人在斜坡上移动时,质心在支撑多边形内的位置会向斜坡下方偏移,从而影响机器人的对称性,降低行走稳定性。本文通过对机器人进行运动学分析,采用坐标映射的方式调整足端位置,在不影响步态规划的情况下完成对坡度的自适应,将平面内的全方位移动方法扩展到任意斜面,实现了机器人在斜面上的“如履平地”。3、除了平地和斜坡外,自然界中有各种各样的崎岖地形,如何在非结构崎岖地形下稳定移动,这是四足机器人运动控制中的重点和难点。本文使用触觉对非结构化地形进行实时探测,将机器人运动解耦为基本步态规划、质心位置调整、姿态调整三个部分,通过多个任务协调实现机器人的稳定移动。最后在一个破损的楼梯上进行测试,机器人在对环境无任何先验知识的情况下顺利爬上楼梯,展示出良好的稳定性和崎岖地形移动能力。4、以上均为通过规划足端位置实现机器人的移动控制。除此以外,本文还研究了在力控制模式下的对角腿站立稳定控制问题。目前大多数腿足式机器人的稳定依赖于大脚掌、多足支撑或连续跳跃,而本文将机器人在对角腿支撑状态的控制解耦为三部分并分别控制,使用线性二次型调节器(Linear Quadratic Regulator, LQR)和虚拟模型控制(Virtual Model Control, VMC)等方法保持各部分的稳定,使机器人在仅用两条腿支撑,足地间为点接触且不需要跳跃的情况下实现了稳定站立,在仿真中机器人成功抵抗了姿态扰动、扭转扰动甚至侧向扰动,证明了该控制方法的有效性和强稳定性。