四足机器人可以稳定灵巧地执行军事运输、科学探索、灾难救援等野外任务,在执行这些任务时,它们展现了自身的大负载能力、柔顺性、稳定性以及环境适应性。四足机器人在台阶、障碍、斜坡等极端复杂环境下运动时,采用walk步态行走会拥有巨大优势。本文首先提出了四足机器人walk步态运动机理。在walk步态运动过程中,机器人的惯性力是影响机器人运动稳定性的重要因素,因此选择ZMP(零力矩点)动态稳定性判据作为衡量机器人稳定性的准则。其次,提出了基于预测控制的walk步态模式在线生成方法。通过将未来时刻期望的ZMP信息引入到预测控制器的滚动优化中,为机器人生成了合适平滑的质心期望轨迹,使得ZMP轨迹能够得到较好的跟踪。通过引入对外界扰动进行补偿的可变ZMP,可以有效抑制环境对机器人的干扰,提升了四足机器人的自适应能力。为了提升机器人的柔顺性和稳定性,设计基于力内环的机器人位姿控制算法,包括本体位姿控制算法、力分配算法以及单腿控制算法。本体位姿控制算法将机器人本体看成分维度的弹簧阻尼模型;力分配算法中选取支撑腿力矩之和最小作为计算足端接触力的优化条件;足端力控制器的设计使机器人足端接触力能够较好地跟踪力分配算法产生的期望力。仿真中,四足机器人实现了跨越障碍、上台阶和下台阶的walk步态运动。实验中,四足机器人完成了上台阶的walk步态运动。仿真和实验证明了基于预测控制的四足机器人walk步态模式在线生成方法、机器人位姿控制算法的有效性和可行性。