足式机器人以其非连续地面支撑、运动灵活、越障能力及环境适应能力强等特点,在诸多领域中具有广阔的应用前景。以四足哺乳动物为仿生对象来构造具有大负载能力、高动态性和复杂环境适应性的四足仿生机器人是近年来的研究热点。本文以提升机器人的动态性能和复杂环境适应性为目标,针对四足机器人结构优化设计、缸阀驱动单元动力学模型构建、高性能液压伺服控制和柔顺控制等问题展开了深入研究。从设计目标和工况分析入手,对液压缸尺寸和安装位置进行深入分析,确定了“对称安装”和“大行程、小缸径”的原则。对腿长和关节运动范围进行了非线性约束条件下的多目标优化。不仅增大了新机器人样机的腿部位形空间,而且显著降低了整机和腿部质量。基于合理简化,建立了阀控非对称缸驱动单元动力学模型,并通过实验辨识确定了模型参数。对位置PID控制的频率响应特性、稳定性和稳态误差进行了详细分析。采用液压力反馈校正环节提高了系统等效阻尼系数,改善了位置控制性能。基于液压驱动单元负载速度反馈和强非线性的特点,分别设计了基于模型的速度补偿算法和反馈线性化算法,提高了系统的力响应速度,减少了力跟踪误差。对虚拟模型控制、计算力矩法、阻抗控制等柔顺控制方法展开了分析和AdamsSimulink联合仿真验证。采用逆动力学补偿降低了腿部动力学强耦合和强非线性对足式机器人控制性能的制约。仿真和实验结果表明,逆动力学补偿可以在不牺牲位置控制精度的情况下,提高机器人的柔性。搭建了单腿平台,其实验表明:基于模型的柔顺控制算法不仅可以提高机器人的控制性能,而且还能显著减低腿部着地时的冲击力。本文不仅完成了四足机器人结构优化设计,还设计了液压伺服控制器和柔顺控制器,为实现四足机器人在复杂环境下的高动态性能控制提供了有效帮助。