腿足式机器人最重要的优势是当它朝目标位置运动时无需连续的路面,仅需要一些离散位置点。这种运动优势使腿足式机器人不仅可以爬楼梯,还可以在高度非结构化的地形中作业。为了提高机器人的这种运动能力和运动稳定性,本文对四足机器人运动规划和控制方法进行了相关研究。主要的研究内容包括:首先对四足机器人平台的结构、主要尺寸等进行描述,定义坐标系并在根关节坐标系下给出关节角度与足端位置之间的正逆运动学公式。为更好地实现机器人运动规划,解决零力矩点问题,深入理解落足点和质心运动之间的关系以及落足点和质心运动轨迹的优化求解,本文在规划层建立了能够表征四足机器人运动本质的桌子-小车模型,并分析了简化模型的动力学。其次提出基于零力矩点约束的四足机器人步行步态运动规划方法用于提高四足机器人行走的稳定性。为了使落足点位置在机器人腿部运动的可达范围内,且机器人还能更好地跟踪参考落足点位置,将落足点优化问题转化为二次型规划问题进行优化求解。在桌子-小车模型动力学分析的基础上,对与零力矩点有关的质心轨迹施加稳定性约束,最小化质心运动过程中的加速度。在给定期望目标状态的情况下,利用二次规划求解器实现步行步态的运动规划。然后为实现四足机器人动态步态的稳定运动,提出四足机器人多模态行为运动轨迹规划方法。在线性倒立摆模型动力学分析的基础上,结合运动任务指令和步态特征,建立了以质心运动轨迹、落足点和压力中心位置为决策变量的非线性运动规划优化模型。运用该非线性运动规划优化模型同时生成质心运动轨迹、落足点序列和压力中心位置,减少了启发式的使用,实现单一算法有效地生成行走、对角小跑、跳跃、踱步等多模态行为运动轨迹规划。在规划层期望运动轨迹生成的基础上,基于刚体动力学模型推导出四足机器人系统的动力学方程,建立了质心轨迹与关节力矩的空间映射,控制机器人躯体运动,从而实现四足机器人的稳定运动控制。在前述研究的基础上,采用ADAMS和MATLAB联合仿真的方法进行仿真实验。实验包括:上下坡行走、爬楼梯运动、步行步态运动规划方法验证、多模态行为运动轨迹规划方法验证和对角步态运动。仿真分析结果说明本文提出的运动规划和运动控制方法是合理有效的。