腿足式机器人是移动机器人领域研究热点之一。腿足式机器人在很多方面都比轮式机器人更具优势,例如腿足式机器人具有更优越的动态平衡性和崎岖路面适应性。近年来,伴随仿生学和人工智能的长足发展,腿足式机器人研究取得了不错的成就,但在运动能耗优化、高速运动步态等方面仍然还需进一步探索研究。腿足式机器人主要有电机驱动、液压驱动和气压驱动三大类。其中由于电机驱动结构形式简单、控制方式单一,受到了国内外研究机构的青睐。电机驱动采用锂电池供电,伴随着电池技术的不断突破,困扰着电机驱动机器人的续航问题也将渐渐解决。本文基于山东大学机器人研究中心自研的电机驱动单腿机器人以及在开源动力学软件Webots中搭建四足机器人模型,以优化能源消耗和高速运动步态为目标,开展电机驱动四足机器人在高速运动速度下的能耗优化的研究。本文主要的研究内容如下:1.对自研的电机驱动单腿机器人进行了深入研究,提出了单腿的运动学与动力学的推导分析。介绍了支撑整个单腿运动的实时控制系统以及实时通信协议。2.基于弹簧倒立摆模型,提出了可以适应四足机器人高速运动的高速对角小跑步态(Flying Trot)。与对角小跑步态相比,高速对角小跑步态在摆动相和支撑相之间添加了两个腾空相。在开源动力学软件webots中,对提出的高速对角小跑步态进行了仿真验证。3.基于对电机内部定子、转子和减速器的研究分析,建立了四足机器人能量模型。为了适应高速对角小跑步态的要求,分别提出了基于随机线性补偿问题(SLCP)的类椭圆足端轨迹规划和基于仿生研究的足端运动轨迹规划。4.基于本文提出的两种足端轨迹,分别适应性的设计了基于正弦脉冲力的高速运动控制器和基于能量均衡的关节力矩再分配的高速运动控制器。并对两种运动控制器分别在四足机器人模型和单腿机器人平台上进行了实验验证。