六足机器人具有丰富的步态和冗余的肢体结构,相比传统的轮式、履式移动机器人,其可利用离散的地面支撑实现非接触式障碍规避、障碍跨越以及不平整地面运动,对复杂地形和不可预知环境变化具有极强的适应性。随着六足机器人基础理论与相关技术的发展,可以预见,六足机器人将在未来的矿产采掘,星际探测,抢险救灾和军事侦查等国民经济和国防建设等各个领域表现出越来越强的优势。本文在国家863计划(2012AA041508)、河北省自然科学基金(E2014202154)和机器人技术与系统国家重点实验室开放研究项目(SKLRS-2013-ZD-04)的支持下,针对六足机器人的基础理论与关键技术问题进行深入研究,研制一种可在复杂非结构环境中全方位移动的六足机器人平台,旨在通过六足机器人自由步态规划及运动机理研究,提高复杂非结构环境中六足机器人的运动性能。本文的创新性工作及成果如下:1.基于六足生物观测实验,研究六足生物结构的共性,在此基础上,经构型分析,设计了六足机器人的单足与机体结构,考虑机器人整体运动性能,对机器人的关键结构参数进行了优化,并结合虚拟样机技术验证其结构性能,以实现机器人半自主实时控制为目标,搭建了六足机器人软、硬件控制系统,研制了一种可在复杂非结构环境中全方位移动的新型六足机器人。2.针对六足机器人多足协调控制,提出了基于参数化的足端轨迹规划方法,给出了机体工作空间的确定方法及边界方程,基于运动相对性,将考虑姿态的机体运动规划等效简化为各支撑足独立的足端轨迹规划,提出了基于运动相对性的机体运动规划方法,在此基础上,解除机体与摆动相足端的运动耦合,提出了一种多足协调控制方法,并对该方法的有效性进行了仿真验证。3.针对六足机器人自由步态规划,基于离散化思想,建立了离散化步态模型,结合稳定性分析,构建了六足机器人稳定的位置状态空间,将复杂的步态规划问题转化为稳定的位置状态空间中位置状态间的排序问题,提出了基于离散化的自由步态生成算法,实现了六足机器人的稳定行走。4.基于平均稳定裕量,分别针对结构化与非结构化环境,提出了六足机器人自由步态优化方法,基于马尔可夫决策过程的基本思想,模仿生物步态的学习行为,提出了基于增强学习的自由步态规划算法,并通过仿真验证了步态规划方法的可行性。5.搭建了六足机器人实验平台,针对六足机器人多足协调控制方法和自由步态规划方法开展了实验,验证了机器人设计的合理性与理论分析的准确性。