得益于计算机技术、网络技术、传感技术等相关科技的不断进步,机器人技术的发展日新月异,已经成为当今科技发展的前沿领域。足式机器人因其离散式的地面支撑和对障碍、沟渠等复杂特殊地形及不可预知环境的极强适应性,具有广阔的应用前景。足式机器人有双足、四足、六足等分类,其中,四足机器人有结构简单灵活、承载能力强、稳定性好等特点,这使其成为当前的研究热点。四足机器人的研究主要在结构设计、控制方法、控制系统和步态规划等方面展开,主要解决四足机器人在负载能力、续航能力、运动控制、环境感知和自主避障等功能上的问题。本文从四足机器人的功能和要求出发,以生物犬类为研究对象,设计满足仿生、低惯量和灵活性原则的机械腿结构,并对其运动学特性进行分析,进而完成运动规划。四足机器人的机械腿采用直流无刷电机作为关节驱动器,且两个驱动电机均安装于机身上的髋关节连接处,针对驱动电机特点和机械腿的控制要求,完成机械腿控制系统设计,包括直流无刷电机的双闭环PID控制算法、硬件电路和软件程序设计。最后,通过实验验证机械腿控制系统的有效性和运动规划的合理性。具体分为以下几个方面:首先,四足机器人的机械腿结构设计及其运动特性分析。基于生物犬类的生理结构特点,结合对拉布拉多犬不同运动下拍摄而得出的腿部各肢段和关节变化规律,确定机械腿结构设计。在此基础上进行正运动学和逆运动学分析,得到足端可达工作空间和电机驱动角度,进而基于Trot步态的时序特点和复合摆线规划机械腿的足端轨迹。其次,四足机器人的机械腿控制系统设计。控制系统以直流无刷电机为关节驱动器,同时设计速度环和电流环的双闭环PID控制算法,并通过仿真结果验证控制系统的速度响应、稳定性和抗干扰性。然后,分别完成控制系统的硬件电路和软件程序设计,以实现电机的期望控制。最后,机械腿控制系统的性能测试与运动实验。先后对机械腿控制系统功能和规划的运动进行实验,实验结果基本符合预期,证明本文设计的机械腿控制系统的有效性和运动规划的合理性。本文的研究成果为后续四足机器人的结构设计和控制系统研究奠定基础,对于四足机器人的发展和研究具有重要参考意义。