摘要：四足仿生机器人是机器人家族里的一个重要分支，而使四足仿生机器人能够拥有实际应用价值的关键是步态设计和运动控制的研究。本文使用 MATLAB Simulink完成步态规划与运动控制的仿真实验，并设计实物样机进行实验。具体研究内容有以下几个方面： 

（1）利用 D-H 方法对四足仿生机器人进行正逆运动学分析，得出足端与关节转动变量的关系。采用欧拉-拉格朗日法对四足仿生机器人的一个单腿连杆系统进行动力学分析，得到杆件的受力与转动角度、角速度以及角加速度之间的关系。 

（2）利用SolidWorks画出四足仿生机器人各个的零件，然后利用3D MAX将身体主架，大腿，小腿等进行部分组装后再导入Matlab Simulink中，搭建物理模型和控制器建模，设计对角小跑步态（trot）并进行运动仿真。

（3）制作四足仿生机器人样机并进行实验。通过模仿Mit cheetah的构造，设计四足仿生机器人的机械结构，使之具有可靠性，经济性，可拓展性等特点，并且，以Pyboard为核心处理器完成核心控制板，用Python语言编辑程序，从实物角度证明本文验证的对角步态的稳定性。

关键词： 四足仿生机器人；步态规划；运动仿真；trot步态

目  录

摘  要

ABSTRACT

第一章  绪  论-1

1.1课题研究背景及意义-1

1.2国内外研究现状-1

1.2.1 国外四足仿生机器人发展现状-1

1.2.2 国内四足仿生机器人发展现状-5

1.3 关键技术分析-6

1.4 研究目标与主要研究内容-7

1.4.1 研究目标-7

1.4.2主要研究内容-7

第二章 四足仿生机器人运动学和动力学分析-8

2.1 四足仿生机器人简化模型设计-8

2.2运动学分析-9

2.2.1 D-H参数法介绍-9

2.2.2 正运动学分析-11

2.2.3 逆运动学分析-13

2.3 动力学分析-15

2.3.1 欧拉-拉格朗日方程动力学分析-15

第三章  四足仿生机器人步态规划及仿真研究-18

3.1 步态规划-18

3.2 运动仿真-19

3.2.1 MATLAB Simulink简介-19

3.2.2 物理模型搭建-20

3.2.3 控制器建模-24

3.2.3 仿真结果分析-27

第四章 四足仿生机器人样机实验研究-29

4.1 实验样机研制-29

4.1.1 四足仿生机器人结构设计-29

4.2 四足仿生机器人硬件设计-30

4.2.1 TPYBoard主控板-30

4.2.2 其他硬件简介-32

4.3 四足仿生机器人软件编程-33

4.3 四足仿生机器人运动实验-34

第五章 总结和展望-36

5.1 总结-36

5.2 未来展望-36

参考文献-38

致  谢-42

附录一:单腿足端轨迹MATAB仿真程序

附录二：MATLAB Function模块中的编程代码

附录三：四足仿生机器人的步态程序