图1。9 四组机器人结构简图

1。4 论文主要研究难点

我认为本次课题的难点在于一是对于四足机器人运动学来进行分析和和对其的步态设计以及多足步行机器人运动稳定性的分析。稳定性是指对于四足步行机器人在不发生摔倒情况下并也能够平衡站立、行走的能力，这是本论文所研究的重要部分。利用了D-H杆件法来建立了四足机器人的坐标系并且对于四足机器人进行运动学分析。并且运用矩阵来研究了四足机器人的关节速度以及加速度等。二是在设置控制系统事对于MATLAB/SIMULINK的仿真设计和应用。MATLAB的函数下不仅能够对于我们所研究的四足机器人运动学仿真，还可以对其进行步态测试。我们可以通过MATLAB软件简介明了的编程来更加直接的来进行我们的仿真实验，这样我们使得对于四足机器人的仿真过程相对容易，也使我们更好的更直接的学习了运动学的基础理论并对此也展开了一定的研究。

2  四足机器人运动结构分析

2。1 足式机器人概述

机器人的进行行走的状态分为三种，这三种依次是是足式、轮式、履带式和爬行式[3]。后三种来说实现起来比较简单方便，但是足式的机器人却依旧是机器人中至关重要的一个部分，它推动了机器人历史的发展。

第一点：足式机器人是通过像动物一般的行走，一步一步来实现其运动状态，而其他方式的机器人却并非如此，它们需要完全依靠着地面来进行运动形式。当地形处于较为崎岖的时候，足式机器人就体现出了它的优势，能够轻松的在不平稳的地面上运动。

第二点：对于多足机器人来说，拥有的关节以及自由度使得其十分的灵敏。且稳定性也有所保障。

第三点：多足机器人的机身和地面是分开着的，这就使我们减少考虑到地面对于机体的摩擦以及损坏，使得多足机器人表现出更加优秀的一面在崎岖不平的地面上。因为足部的关系，使得其稳定性更高且能在不平稳路面上站立。 [4] 但是要让四足机器人在不平稳路面以及遇到障碍物的情况下，能够自行改变每个关节转角的大小，还要来改变机器人的位姿从而达到整个机器人的平衡状态。

2。2 四足移动机器人腿部常用结构

机器人相对来说是比较复杂的，他不仅同时存在着机械的脚部多个，还有一个重要的机体。四足机器人的腿腿部的构造分成以下几个部分：可伸缩型机构、四个杆件相互连接的机构、同行连接机构、多个部位关节相连类型的机构、拥有弹簧模式的机构[5]这几种。不同模式的机构拥有着不同的性能以及优点。缩放形式的机构可以通过较小的物体结构来进行大于其本身好几倍的运动范围，简单优良的构造使得其成为最常用的一种腿部结构。文献综述

图2。1 缩放型机构                              图2。2 四连杆机构模型

图2。3 并联机构腿部模型          图2。4 四足支撑时的简化模型

图2。5 缓冲型虚拟弹簧腿机构简图

2。3 四足机器人的关节结构设计

四足机器人是模拟了现实生活中的四腿动物，这些的动物的分别分成了五段部分，每一条和身体相连接其后有五个关节，就是因为每一条腿上同有这么多关节才使得动物们动作行为极其的灵活。动物们的灵活性也是因为在这些不同的关节处都至少会有一个乃至三个自由度[6]。我们所研究的机器人虽说是根据模拟现实的动物，但是现今人们所设计的机器人却做不到如动物般呢么自由灵活。因为我们不能在机器人身上设计如此多的自由度，设计是一方面的难处，控制方面也是很难去实现和完成。所以再设计机器人时，我们要减少一定的自由度才能来设计出机器人。根据分析，本论文采用在四足机器人的腿部设计髋关节和膝关节，一条腿有两个自由度，所以一共八个自由度，两个关节分别都为为主动自由度。 基于Matlab的多足机器人步态控制(3):http://www.youerw.com/zidonghua/lunwen_82817.html