对以猎豹机器人疾驰为代表的四足机器人奔跑过程的分析与控制一直是困难的问题,因为系统控制自由度众多,加之节律和动力学规律的作用及相互影响,造成了时序和空间上的高度复杂度。本研究的目标在于通过建立被控制对象的等效动力学模型,形成有效的工程性方法。研究内容分为以下四个部分:首先,为了较全面地描述猎豹疾驰步态的时序特征,建立了一套以有限状态机和积分规则为基础的节律生成器。节律生成器以猎豹疾驰步态节律特征为基础,以相和相位描述各部位的运动过程和运动瞬间,以有限状态机表示猎豹各运动相之间的转换关系,以积分规则来模拟相位的渐变。各类节律状态变量自动变化,并受到运动感知输入的调节,从而与运动状态相协调。其次,为了分析躯干运动学状态的影响因素,建立了猎豹疾驰步态的腿部支撑状态等效动力学模型。等效动力学模型以双质点模型模拟猎豹惯量特性,以杆件的动作模拟足部相对于质心的运动规律。根据连杆动作对猎豹质心运动学性质的影响,建立足部轨迹运动规划的依据。为了实现运动的连贯性,需要重点控制机器人在驱动相期间的运动从而调节腾空期间的弹道式运动。然后,构建了仿生猎豹机器人的实时控制算法,建立了一套前馈控制为主、反馈控制为辅的控制方式。在腿部的摆动相,利用PID算法跟踪足部运动的基本轨迹;在腿部的支撑相,则直接采用前馈和反馈结合的方式生成速度进给。支撑相的进给的计算是规划重点:以期待的质心运动学特性结合足部的相对位置可以生成足部运动的进给特性,作为前馈控制的输入;根据期待运动状态与当前运动学状态的偏差对足部进给进行补偿计算,作为反馈控制的输入。最后,为了验证算法有效性,进行了猎豹疾驰步态的仿真和物理样机实验。针对提高步距的运动需求,设计了猎豹机器人的躯干构型。在Simulink和RecurDyn联合仿真环境中构建了控制算法和虚拟样机模型,并形成了虚拟猎豹的疾驰步态的稳定周期。针对实物实验,基于SQBot I改造设计了SQBot II机器人,使其更能适应高速的运动需求;改进了疾驰奔跑实验平台。SQBot II在平台上形成了稳定的疾驰步态运动规律。研究结果显示,该控制算法能在仿真和实物实验中形成较稳定的疾驰步态,并可容忍初始状态的姿态偏差,具有一定的健壮性。该算法中节律生成器和等效动力学模型的建模,对研究四足机器人奔跑具有较广的应用价值。