四足机器人控制实验报告（PyBullet） 一、实验目标

本实验基于 PyBullet 物理仿真平台，构建四足机器人控制系统，主要实现以下目标：

实现四足机器人基础步态控制（trot gait） 实现机器人自动空翻动作控制 使用有限状态机（FSM）管理复杂动作流程 使用时间控制机制实现自动循环行为 二、系统组成

本系统主要由以下三个模块构成：

1️⃣ 步态控制系统

机器人四条腿通过关节角度控制实现周期性运动，其核心特点如下：

采用固定关节角度实现 trot 步态 采用对角腿交替运动方式（diagonal gait） 使用 POSITION_CONTROL 进行关节控制

该方法本质上是通过周期函数模拟行走行为，而非基于动力学求解的真实运动控制模型。

2️⃣ 空翻动作控制（状态机设计）

空翻动作采用有限状态机（Finite State Machine, FSM）进行分阶段控制，包括以下状态：

CROUCH：下蹲蓄力阶段 LAUNCH：起跳阶段 ROTATE：空中翻转阶段 LAND：落地阶段 SETTLE：姿态恢复与稳定阶段

在实现过程中，通过 resetBaseVelocity 向机器人施加瞬时角速度，使其产生翻转运动效果。

3️⃣ 时间控制系统

系统采用基于时间的触发机制，实现自动行为控制：

初始阶段：机器人稳定站立约 5 秒 运行阶段：进入正常步态循环 每 10 秒触发一次空翻动作 使用时间差（time delta）进行动作调度 三、核心技术原理

1. 有限状态机（FSM）

通过状态划分与状态迁移，实现复杂动作的模块化控制，使机器人能够按阶段执行完整动作流程。

1. 时间驱动控制（Time-based Control）

利用时间间隔作为触发条件，实现机器人行为的周期性自动执行，提高系统自主性。

1. 角动量控制原理

在空翻过程中，通过施加角速度改变机器人角动量，实现翻转运动效果。

1. 转动惯量变化机制

机器人在空中通过收腿减小转动惯量，从而提高角速度，实现更快速的旋转动作。

四、运行流程

系统整体运行流程如下：

0–5 秒：机器人初始化并保持静止站立 5 秒后：进入正常 trot 步态行走 每 10 秒：触发一次空翻动作 空翻结束后：恢复站立状态并继续行走循环 五、实验结果

实验最终实现效果如下：

四足机器人可稳定站立与周期性行走 成功实现自动空翻动作控制 空翻过程包含完整的起跳、旋转与落地阶段 系统可长期稳定运行，无需人工干预 六、总结

本实验基于 PyBullet 仿真平台，实现了四足机器人基础步态控制与复杂动作设计。通过引入有限状态机与时间驱动机制，使机器人具备自动行走与周期性空翻能力。

该实验加深了对机器人行为控制、状态机设计以及基本动力学原理的理解，为后续机器人强化学习、轨迹规划与动态控制研究奠定了基础。