自然界中存在着许多危险复杂的环境需要机器人协助探索,四足机器人因其非连续性行走方式和相对简单的结构成为目前足式机器人的主要研究方向之一。四足机器人作为一种非线性、强耦合的多体动力学系统,涉及仿生学、机构学和控制理论等学科,涵盖了多领域的热点难点问题。本文针对四足机器人在非结构地面行走容易倾覆的问题,开展了结构设计、机构运动学与动力学、步态规划以及姿态控制方法研究,为改善四足机器人运动平衡问题提供理论依据,亦为四足机器人从自主设计到工程应用打下基础。论文主要研究内容如下:（1）四足机器人结构设计及单腿运动学研究。首先对四足哺乳动物的骨骼结构进行仿生学分析,确定以二段式腿部结构和全肘式腿部配置方式作为设计标准,再根据轻量化和绿色设计原则对机身、侧摆机构和腿部结构等进行三维建模,完成四足机器人结构设计。在此基础上,采用D-H法建立四足机器人单腿运动学方程,再对四足机器人单腿运动学求逆解,得到各关节电机转角,为后绪四足机器人步态运动规划提供理论依据。采用蒙特卡洛法求解足端可达空间,确定了四足机器人足端运动范围。最后,运用拉格朗日法对四足机器人单腿进行动力学分析,推导出单腿各关节理论力矩,为后续姿态控制奠定理论基础。（2）基于复合摆线法的四足机器人步态规划方法研究。以Trot步态为步态规划对象,首先利用复合摆线法对四足机器人足端轨迹进行规划,并确定了约束边界条件,保障了步态周期的速度、加速度连续平滑。再次,基于MATLAB/Sim Mechanics平台开展四足机器人小跑步态仿真,验证基于复合摆线法的步态规划的合理性。进一步,引入运动能效概念,探究了抬腿高度、步长和周期等步态参数下运动能效与机身平稳性间的关系,并以此为依据选取了合适的步态参数,以便增强动步态的稳定性。（3）基于虚拟模型控制（Virtual Model Control,VMC）的四足机器人姿态控制方法研究。首先基于VMC原理,构建了包含VMC姿态角调控、广义力与腿部关节力矩的力雅可比映射的姿态控制策略。进一步,分别开展四足机器人在平地及台阶沟壑地形的Trot步态行走的仿真实验。结果表明,施加姿态控制的四足机器人能有效地降低机身姿态角偏差,并能对突变的机身姿态角进行及时且有效的调整,实现了四足机器人在平地及台阶沟壑地形的稳定行走,为四足机器人在其他非结构地面的行走打下理论基础。