四足机器人是足式机器人中稳定性较好且易于控制的一类机器人。其结构复杂程度和冗余程度比较低,离散化的足端运动轨迹可以适应相对复杂的运动环境。四足机器人斜坡运动是四足机器人重要的运动环境之一,一直是四足机器人控制研究中的难点。在四足机器人斜坡运动的高效化、合理化方面,一直缺乏相应的基础理论研究。仿生学的发展为四足机器人斜坡运动能力的提升提供了新的研究思路。研究具有较好斜坡运动稳定性的四足动物运动特性,可以用于四足机器人斜坡运动的仿生设计。本文主要是,以山羊为研究对象,通过对山羊的斜坡运动进行实验研究,分析斜坡坡度对山羊斜坡运动时的运动学和动力学特性影响,并进行特征提取及分析。基于山羊运动特性的研究,进行四足机器人的结构和驱动仿生设计,并通过多体动力学软件进行仿真实验验证。为了研究山羊斜坡运动学和动力学特性,采用高速摄像机对山羊进行不同坡度(10°、20°和30°)的上下坡运动学实验,得到不同坡度条件下,山羊四肢关节夹角的运动变化数据,并进行数据处理与曲线拟合分析,获得山羊上下坡运动的关节运动曲线及其运动学方程。比较分析前后肢各关节角上下坡的运动学特性,结果表明随着坡度的增大,前后肢各关节的运动速度变快,前后肢各关节运动及其变化范围存在一定的差异性。利用足底压力测试系统采集山羊不同坡度下的压力分布,结果表明,山羊在斜坡上保持静止时,随着坡度变化,山羊会通过调节四肢关节角度,使得四肢的支撑力分布更加均匀,从而避免前肢或后肢由于支撑力负载过大而发生打滑。山羊上下坡时后肢主要提供驱动力,小坡度时,前肢均提供部分比例的制动力,但随着坡度增大,上坡时前肢驱动力比例逐渐增大,而下坡时前肢制动力比例逐渐增大。在上坡过程中,山羊压力中心(COP)分布相对比较集中于支撑域中心,而下坡过程中,其COP分布相对比较松散,在支撑域内的位置变化比较大。山羊斜坡转弯运动实验表明,较小坡度转弯时,主要是前肢进行导向运动,坡度较大时,主要是后肢进行导向,且在坡度较小的斜坡上进行转弯时,前肢有很明显的交叉运动姿态。通过建立前肢的D-H方程,基于山羊运动学参数建立了前肢转弯运动模型,并仿真分析了前肢运动的有效空间。基于山羊生物结构特性,进行了仿生四足机器人的机体结构设计,并设计出一种柔性传动结构,满足四足机器人运动中机身上下波动的运动要求。通过多体动力学软件Recurdyn进行仿生模型的仿真实验,并分析了仿真模型关键部件的应力应变特性。