四足机器人由于具有灵活的运动能力和对未知非结构化环境的高适应能力,一直都是仿生机器人的研究热点。随着研究的深入,四足机器人的研究逐渐向高速、高动态和高适应性方向发展。生物学研究发现,自然界中的四足动物充分利用它们脊柱的弯曲与伸展来实现高速、高动态和高适应性的运动,而反观现有的大多数仿生四足机器人均采用刚性躯干,忽略了脊柱在四足动物运动中的重要作用。因此,本文以猎豹为仿生对象,设计了一款含主动脊柱的四足机器人D-Cat Ⅲ,并与刚性脊柱和被动弹性脊柱对比,通过仿真和样机实验研究了主动脊柱关节对四足机器人bound步态运动的影响,对于帮助人们进一步明晰脊柱的作用机理和高速奔跑四足机器人的研制具有重要的意义。论文主要完成的工作如下:首先,对猎豹的骨骼结构和脊柱形态学特征等生物学知识进行调研,确定了D-Cat Ⅲ结构方案和尺寸参数,完成了 D-Cat Ⅲ的设计制作。同时为D-Cat Ⅲ设计了刚性脊柱和被动弹性脊柱,用来进行对比实验。其次,对足式机器人的运动控制方法进行调研,针对具有9自由度的四足机器人样机,建立由10个Hopf振荡器耦合组成的两层CPG(Central Pattern Generator)网络控制模型,参照四足动物bound步态的运动特征,确定了四足机器人bound步态CPG控制参数。然后,在Adams中建立了三种不同脊柱配置的四足机器人虚拟样机模型,首先对主动脊柱关节的运动幅度As和耦合相位差φd两个控制参数进行了迭代搜索,然后对三种不同脊柱配置的四足机器人进行仿真实验,对比分析得出:脊柱关节的运动可以增加四足机器人的运动步长,从而提高机器人的水平运动速度,且主动脊柱对机器人运动速度的提升效果比被动弹性脊柱好;主动脊柱增大了四足机器人运动过程中的足端蹬力;脊柱关节的加入,提升了四足机器人的能量利用效率,主动脊柱配置的四足机器人能量利用效率最高,但是相同时间内被动弹性脊柱配置的四足机器人消耗的能量最少。最后,完成了D-Cat Ⅲ控制系统硬件部分的搭建和软件部分的编程,对三种不同脊柱配置的四足机器人分别进行了奔跑实验,实验结果证明了本文提出的CPG网络控制模型的有效性,印证了仿真实验的结论,同时还发现,脊柱关节的调节作用有效改善了机器人后腿运动过程中的拖地现象,提高了机器人运动的稳定性。