四足机器人具有非结构环境适应能力强、灵活性好等特点,使其在各种领域都有较好的应用前景。脊椎作为四足动物躯体的中心元素,对其运动特性具有重大影响。为了提高机器人的灵活性和仿生性,本文主要探索有脊椎四足机器人质心平均速度与中枢模式发生器(central pattern generators,CPG)参数之间的内在联系,实现机器人的速度可调。首先,从生物学和仿生学角度分析,确定CPG步态生成方法,将Hopf振荡器作为CPG单元,分析振荡器参数特性。本文以猎豹骨骼模型为参考,根据简化后的机构简图,设计脊椎层、肢体上层和下层的递阶CPG网络拓扑结构,并根据动物脊椎与肢体协调运动分析,建立脊椎层与肢体层之间、肢体层内的耦合机制。其次,通过生物观察和相关文献调研:对角小跑(trot)步态速度主要由步频决定;跳跃(bound)步态速度主要由步幅决定。根据几何学和运动学分析,在trot步态下,推导出速度与角频率?之间的映射关系;在bound步态下,推导出速度与髋关节幅值_hA之间的映射关系。近似推导步态转化速度,有助于确定trot和bound步态各自合理的速度范围。分析步态转化原理并通过Simulink验证步态转化过程。然后,在Webots中搭建有脊椎四足机器人虚拟样机模型,基于Webots和MATLAB进行联合仿真和误差分析,分别验证trot和bound步态下CPG参数与速度映射关系的合理性,并且通过对比仿真实验数据得出:bound步态下,同时改变髋关节幅值和脊椎幅值相比于只改变髋关节幅值更合理、更具仿生性。此外,仿真结果表明主动脊椎运动对于机器人速度提高具有积极作用。最后,基于理论研究和仿真分析,设计并搭建了有脊椎小型四足机器人实物样机,分别进行trot和bound步态实验。实验结果体现了CPG参数与速度之间映射关系的合理性,脊椎的加入提高了机器人的速度。对于特定机器人,能够初步实现机器人速度可调,提高了机器人的灵活性和仿生性。