姜祎，王挺，邵沛瑶，徐瑶，邵士亮

(1.中国科学院 沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室，辽宁 沈阳 110016;2.中国科学院 机器人与智能制造创新研究院，辽宁 沈阳 110169;3.中国科学院大学，北京 100049;4.沈阳航天新光集团有限公司，辽宁 沈阳 110041;5.中煤科工集团沈阳研究院有限公司 煤矿安全技术国家重点实验室，辽宁 抚顺 113122)

0 引言

随着机器人技术的不断发展，机器人越来越多地代替人类来完成一些危险作业任务，各类特种机器人不断发展，对性能的需求也在日益增长。现阶段，地面移动机器人按照运动机构构型主要可以分为轮式、履带式、足式、蛇形和复合型等［1］。通过研究发现，使用单一结构的传统移动机器人难以满足复杂地形下的高效运行，复合型移动机器人已然成为移动机器人技术研究的一个热点方向。轮式机器人具有运动速度快、效率高、控制简单等优势，但越障能力较差，对地形环境的适应性不好［2］。相比之下，足式机器人具有较强的地形适应性和越障能力，但是控制复杂、承载能力不强，在非结构性环境中行走效率很低［3-4］。轮腿复合型机器人兼顾轮式机器人的快速性和足式机器人的强越障能力，在复杂地形中表现较好，在野外勘探、急救、安保等任务中有着较好的应用前景，具有较高的研究价值［5-15］。

根据复合方式可将轮腿复合型机器人大体划分为以下4 种，如图1 所示。

图1 4 种轮腿复合型机器人Fig.1 Four kinds wheel-leg hybrid robots

1) 轮腿分离式:机器人同时具备轮结构与腿结构，两种结构相互独立，通过主动切换来适应地形环境。例如，中国科学技术大学HyTRo-I［6］就有四轮四腿，平坦地面时轮结构着地，实现高速运动，跨越障碍时使用腿结构将机器人主体支起。

2) 轮腿串联式:轮结构通过机械腿和机器人主体相连。该类机器人通常将轮结构安装在腿结构的末端或中间，通过控制电机来调整行进模式。例如，瑞士苏黎世联邦理工学院的四足机器人ANYmal［7］、腾讯Robotics X 实验室的轮腿机器人Ollie［8］等。

3) 轮幅型轮腿:其结构由多个均匀分布的杆组成，通过轴部旋转实现腿结构周期性接地［11］。单轮幅机器人近似足式机器人，当轮幅无限增加时则近似为轮式机器人。例如，美国凯斯西储大学的Whegs 机器人［12］为三轮幅，越障能力较强但稳定性较差;德国人工智能研究中心的ASGARD 机器人［13］为五轮幅，牺牲了一定的越障性能但稳定性较好。

4) 变结构轮腿:该类机器人的轮腿结构能够依靠自身结构的收缩和展开来切换行进机构，通常为轮结构与轮幅型轮腿结构间的切换。例如，台湾大学提出的四轮变结构轮腿机器人Quattroped［15］以及韩国首尔科技大学提出的Wheel Transformer［16］等。

考虑到野外作业任务需求，需要机器人在兼顾运行快速稳定性和越障能力的条件下，尽可能保证机器人结构紧凑、控制简便。轮腿复合式机器人与足式机器人相同，为保证机器人主体在行进过程中的稳定性应对其步态进行规划，常见步态有对角步态、同侧步态、跳跃步态等［17-18］。所使用的机构不同相应的步态也不同，机构的自由度越多步态的实现越复杂［19-21］。轮腿分离式和轮腿串联式机器人的自由度较多，控制较为复杂;变结构轮腿需要主动切换来适应地形环境;轮幅型轮腿简化了行进机构的自由度，通过驱动轮腿电机旋转来实现各轮幅周期性交替着地，能够被动适应地形环境，结构简单更易控制。通过对前人所提轮幅型轮腿机器人的研究，发现轮幅数少时机器人行进效率较低越障能力强，轮幅数多时机器人的行进效率提高但越障能力减弱［11］。

针对户外复杂环境中的探索需求，本文提出一种新的轮幅型轮腿复合机器人，主体采用四个六轮幅轮腿机构和全对称结构，轮腿结构使用弹簧减震。与目前常见的三轮幅、五轮幅轮腿复合机器人相比，同样具备一般户外楼梯障碍的跨越能力，且运动时更为平稳，高速运动时性能更优。由于机器人的运动步态对其运行效率和越障能力也有较大影响，本文还进行了直行、转向和越障等典型运动状态下的力学分析和步态研究，并通过软件仿真和样机实验测试了机器人的性能。

1 机器人结构设计

本文研究主要针对地面移动机器人在户外复杂地形下的环境探索问题。为平衡机器人行进和越障的性能，本文选择使用六轮幅轮腿结构。机器人整体结构如图2 所示，4 个相同尺寸的轮腿结构对称安装在机器人机身两侧，通过大扭矩直流无刷电机进行驱动。机器人机身采用碳纤维材料，轮腿结构采用超硬铝合金材料制成。单个轮腿结构如图3 所示，1为轮毂结构，2为上部腿，3为套筒帽，4为下部腿，5 为弹簧，6 为橡胶垫，相邻腿之间相位相差60°，电机带动轮毂旋转使得腿结构依次循环交替接触地面。腿结构分为上、下两个部分，上部直接固定在轮毂上，下部则通过套筒帽与上部相连。上部腿的行程腔体内设置减震弹簧，弹簧能够起到缓冲吸振的作用，从而减弱机器人本体受到振动破坏的风险。下部腿直接着地的部分安装了橡胶垫，增大与地面之间的摩擦力，同时避免金属直接与地面接触造成损伤。机器人基本参数如表1 所示。

图2 六轮幅轮腿机器人整体结构图Fig.2 Overall structure diagram of a six-spoke wheel-leg robot

图3 六轮幅轮腿结构图Fig.3 Structure diagram of the six-spoke wheel-leg

表1 六轮幅轮腿机器人基本参数Table 1 Parameters of the six-spoke wheel-leg robot

2 机器人步态分析

多足动物在运动过程中腿部以一定规律摆动并交替支撑身体完成运动过程，这一周期性现象被称作步态。为了提升运动效率或节约能耗，多足动物在不同运动状态下呈现出不同的运动步态。以四足哺乳动物为例，随着运动环境和运动速度的不同，会切换不同的运动步态。如图4 所示，步行时循环保持三条腿着地支撑身体缓慢移动;踱步时一侧的两条腿为一组交替支撑地面，速度提升;对角小跑状态下对角线上的脚来回切换，速度和稳定性兼备;奔跑状态下前侧两条腿为一组后侧两条腿为一组，交替着地高速前行，腿部腾空时间占比增加，出现空中飞行状态。

图4 四足动物步态Fig.4 Quadruped gait

类比四足哺乳类动物，轮幅型轮腿机器人也具备类似步态，大致可分为滚动步态、对角步态、同侧步态和前后步态4 种，每种步态特性如表2 所示。如图5 所示，对角步态下处于对角线上的轮腿为一组相位一致，同轴轮腿间有相位差;同侧步态下机器人同侧的两轮腿为一组相位一致，同轴的轮腿间有相位差;前后步态下同轴的两轮腿为一组相位一致，同侧轮腿间有相位差;滚动步态则可看作是同侧轮腿相位差为零状态下的前后步态，四轮腿相位始终保持一致。

表2 机器人步态特征Table 2 Gait characteristics of the robot

图5 机器人运动步态Fig.5 Robot gaits

进行步态的研究与规划是保证机器人稳定运动的基础，使得机器人在不同地形环境中实现前进、后退、定点转向、奔跑、越障等功能。选择合适的步态能够在一定程度上提升机器人在运行过程中的稳定性，保护其内部各部分器件免受损伤，提升能源利用效率、降低内耗。在后文中，围绕上述4 种步态进行研究，分析在不同任务状态下的各步态的运动特性。

3 机器人直行和转向性能分析

在对机器人进行直行和转向分析时，主要考虑机器人的行进效率和稳定性，尽可能减轻运动过程中机器人振动带来的影响。本节首先对单轮腿结构进行受力分析，讨论本文提出的轮腿结构在一个运动周期内的状态变化，随后分别对机器人在直行和转向任务中机器人4 种步态的特性进行分析讨论，并选取合适的步态。

3.1 单轮腿结构受力分析

对于单个轮腿结构，其受力状态是周期性变化的。轮腿着地时的状态可以分为单腿着地和双腿着地两类，其中单腿着地又可以分为3 个阶段。图6所示为单轮腿结构接地的4 种情况下的受力分析。图6 中，O 为轮腿中心，A 为轮腿OA 的末端，B 为轮腿OB 的末端，θA和θB分别为轮腿OA 和轮腿OB与竖直方向的夹角，MN和Mf分别为轮腿收到的支持力矩和摩擦力矩，T 为电机提供的驱动力矩;P和F 分别表示机器人主体对轮腿的作用力在水平方向和竖直方向上的分量;NA和fA为腿OA 与地面接触点处地面对其的支持力的摩擦力，MNA和MfA分别为对应的支持力矩和摩擦力矩;NB和fB为腿OB 与地面接触点处地面对其的支持力的摩擦力，MNB和MfB分别为对应的支持力矩和摩擦力矩。要保证机器人能够正常的前进，则轮腿结构受力平衡时电机提供的驱动力矩为保证机器人能够正常前进所需的最小力矩。

由于轮腿结构上部腿和下部腿间装有减震弹簧，支撑腿的长度会随着轮腿受力的变化而变化。弹簧主要为了满足机器人高速状态下的减震需求，刚度系数较高;在低速越障过程中，弹簧的实际变化范围较小。因此在后续的理论分析过程中忽略弹簧形变导致的轮腿长度变化造成的影响，仅在仿真实验中对其进行模拟。

状态1:如图6(a) 所示。轮腿结构同一时间仅有一条腿接地起支撑作用，当前的力平衡和力矩平衡公式如下:

图6 单轮腿结构受力分析(左为轮腿受力模型图，右为轮腿力和力矩平衡图)Fig.6 Force analysis of a single wheel-leg (lift: the model diagram of wheel-leg force，right: the balance diagram of wheel-leg force and moment)

式中:lOA为接地腿OA 的长度。由式(2) 可知，该情况下轮腿结构所需的驱动力矩较大，进而会导致较大的瞬时电流，因此在机器人运动时应尽量避免出现所有轮腿同时处于该状态的情况。

状态2:如图6(b) 所示，此时的腿结构直立着地，为状态1 的接续状态，也是状态1 和状态3 中间的一个临界状态。该状态所需的平衡力矩相对较小，力矩平衡公式为

状态3:如图6(c) 所示，此时腿结构已经过状态1 和状态2 两个状态，摆动到轮腿结构重心偏后位置，此时的力矩平衡公式为

从式(4) 中可以看出，机器人在该状态下前进时所需的力矩较小，因此可以考虑使用该状态与状态1 相结合的步态。

状态4:如图6(d) 所示，该状态下轮腿结构有两条腿同时着地，力平衡和力矩平衡公式如下:

相比于单腿着地情况，双腿着地的状态较为稳定，也更易于达成平衡。

3.2 直行步态分析

由于在不同的步态下机器人轮腿的着地状态不同，机器人在一个周期内的姿态变化规律也不同。本节对于机器人直线行走时不同步态下的运动过程进行分析，忽略运动中轮腿结构旋转造成的质心变化，定义机器人几何中心为机器人质心位置。规定世界坐标系采用右手坐标系，x 轴朝向机器人前进方向，z 轴朝向竖直向上，坐标系原点O 位于机器人质心竖直下方地平面上，机器人初始位姿下左前轮腿处于图6(b) 所示状态。

机器人以滚动步态行进时，其运动周期内包含四个轮腿的受力均处于图6(a) 的状态，轮腿的瞬时电流峰值过大且变化范围较宽。将轮腿电机旋转角度和角速度表示为θ(rad) 和ω(rad/s)，机器人质心在z 轴方向上的变化可表示为

式中:θ 为轮腿电机旋转角度;k 为常数系数;l 为轮腿长度;z 为机器人质心在z 轴方向上的变化。对角步态、前后步态和同侧步态将轮腿两两分为一组，两组轮腿间相位相差30°，能够避免所有轮腿同时处于图6(a) 的状态，从而有效减小轮腿瞬时电流的峰值。对角步态下，机器人质心在z 轴方向上的变化可表示为

前后步态下，机器人前后两组轮腿中心到地面的距离交替变化，进而导致机器人主体存在绕y 轴转动的情况。此时机器人质心在z 轴方向上的变化以及车身绕y 轴的转动α 可表示为

式中:n 为常数系数;d1为前后轮间距;α'为特殊状态下的机器人姿态角度，

同侧步态与前后步态相似，机器人左右两组轮腿中心到地面的距离交替变化，因而在行进过程中会绕x 轴方向转动。此时，令左右轮间距为d2，机器人质心在z 轴方向上的变化以及车身绕x 轴的转动β 可表示为

相比于其余3 种步态，滚动步态下机器人质心变化较为剧烈，质心变化的范围较大。在以前后步态和同侧步态前进时，机器人主体又分别绕y 轴和x 轴呈周期性转动。综合考虑下，在直行时选取对角步态机器人的性能表现更好。

3.3 转向步态分析

本文提出的轮腿机器人不具备单独的转向机构，只能通过差速控制方式完成转向。差速转向时同轴的两轮腿相位差始终在变化，不存在滚动步态，而对角步态和前后步态无法保证同组相位差始终为零。在差速转向过程中，对角步态和前后步态无法维持，过程中会出现奇异步态，机器人质心变化和姿态变化幅度均会增加，转向时轮腿着地的状态不受控制，横向摩擦力会造成轮腿电机电流增加，使损耗增大。综上所述，本文提出的轮幅型轮腿机器人适合采用同侧步态实现差速转向，转向过程中同侧的两轮腿状态始终保持一致。

对于轮幅型轮腿机器人来说，控制轮腿驱动电机的转速就是控制腿的速度。如图7 所示，机器人采用同侧步态，vL和vR为两侧轮腿速度，d2为机器人左右轮腿间距，x'、y'为机器人在P1位置处的机体坐标，x″、y″为机器人在P2位置处的机体坐标，机器人线速度和角速度可表示为

图7 机器人差速转向模型示意图Fig.7 Schematic diagram of the differential steering model of the robot

将运动轨迹按照时间微分为多段直线，从位置P1运动到位置P2过程中，任意时刻i 的机器人位姿可使用线速度和角速度表示为

式中:xi、yi分别为机器人在i 时刻x 轴方向和y 轴方向上的坐标位置;θi为机器人在i 时刻的机身角度;Δt 为i 时刻和i-1 时刻间的时间间隔。

4 机器人越障性能分析

轮腿机器人的越障性能主要取决于轮腿的尺寸参数和路面的物理特性，本文将攀爬楼梯作为主要越障任务目标，先对单轮腿爬台阶情况进行受力分析，随后对机器人爬梯采取的步态进行研究，并分析本文提出的轮幅型轮腿机器人的越障性能。

4.1 单轮腿结构受力分析

轮辐型轮腿结构在攀爬台阶时，其姿态是由轮腿的尺寸与台阶尺寸之间的关系决定的。对于本文提出的六轮幅轮腿机器人，攀爬台阶时的状态可能为图8 所示的4 种情况，图8 中轮腿结构的状态为刚开始执行爬台阶任务的临界状态，NC、fC分别为腿OC 与台阶接触点C'处受到的支持力和摩擦力。

图8(a) 状态和图8(b) 状态均为腿OC 驱动爬台阶，图8(a) 状态中由于台阶较高在该临界状态下时腿OB 处于悬空状态，此时力矩平衡公式为

在图8(b) 状态中的台阶高度下，腿OB 接地起到支撑作用，此时力矩平衡公式为

式中:lOC'为轮腿中心到腿OC 与台阶边沿接触点的长度。相比于图8(b)，图8(a) 中的腿OC 受到的阻力更大，在临界状态时所需要的驱动力更大。

在图8(c) 状态和图8(d) 状态中腿OB 为爬台阶任务的驱动腿。由于台阶尺寸的不同导致腿OA状态不同，图8(c) 中腿OA 所受支持力起到阻碍轮腿前进的作用，此时力矩平衡公式为

图8 单轮腿结构爬梯受力分析Fig.8 Force analysis of a single wheel-leg climbing steps

然而，在图8(d) 中腿OA 所受支持力则起到促进轮腿前进的作用，此时力矩平衡公式为

台阶尺寸的不同导致了腿OA 状态的不同，图8(c) 中腿OA 所受支持力起到阻碍轮腿前进的作用，而在图8(d) 中则起到促进轮腿前进的作用。

考虑攀爬台阶过程中的后续状态，图8(a) 和图8(b)中腿OC 先是腿中部与台阶边沿接触，待到腿OC 将轮腿支撑起来后，才进入图8(c) 和图8(d) 中腿OB 的状态，腿末端与台阶上平面接触。综上所述，目标台阶越高，单腿支撑前进所需的力矩越大、持续的时间越长，攀爬难度越高。当台阶高度大到一定程度时，则会超出轮腿攀爬能力范围。图9 所示为本文提出轮腿结构越障的极限状态，通过计算得出忽略弹簧压缩时其越障极限高度为1.5 倍腿长。在不考虑机器人车身与台阶之间的干涉情况时，高度低于该阈值的台阶可以通过，而高于该阈值的即使经过滑移也无法成功攀爬。

图9 轮腿越障高度分析Fig.9 Analysis of obstacle-surmounting height of the wheel-leg

4.2 机器人爬梯过程分析

轮幅型轮腿结构与轮结构不同，轮腿爬台阶的状态与台阶尺寸、轮腿与台阶间的位置关系以及轮腿当前的姿态都有关系。对角步态和同侧步态在攀爬台阶时同轴的两个轮腿存在一定的相位差，在其中一个轮腿开始执行爬台阶任务时另一轮腿仍处于其他状态，机器人主体的姿态变化较为剧烈，对于攀爬台阶的稳定性存在不利影响。前后步态与滚动步态同为同轴轮腿相位相同的步态，然而在前后步态下前侧轮腿和后侧轮腿通常不会同时开始执行爬台阶任务。若一组轮腿能够正常执行爬台阶任务或已经登上下一级台阶，而另一组轮腿进入了滑移状态，则处于正常状态下的轮腿组会因位置约束而产生滑移，进而导致其爬台阶任务的接续状态发生变化或从已攀爬的台阶上跌落。这意味着机器人在前后步态下爬梯发生滑移的次数可能会增多，机器人能源损耗更大。因此，相较于其余步态，选取滚动步态来执行爬梯任务更为合适。

接下来对机器人采用滚动步态爬梯的过程进行分析。如图10 所示，滚动步态下机器人爬梯状态可以大体划分为4 种。图10(a) 和图10(b) 状态分别为前轮攀爬第一个台阶和后轮攀爬最后一个台阶。图10(c) 状态则是在楼梯中段，前后轮同时进行攀爬。在这3 种状态下本文提出的轮幅型轮腿机器人均可顺利爬上下一级台阶。然而在图10(d) 状态中，后侧轮腿受到台阶竖直面的阻挡，进而导致机器人整体产生滑移，但在发生滑移之后机器人又恢复到图10(c) 状态继续完成任务台阶的攀爬。

图10 滚动步态下机器人爬台阶过程Fig.10 Robot stair climbing process under rolling gait

5 仿真和系统实验

为说明上述研究分析结果的有效性，使用ADAMS 仿真软件对机器人在水平地面上的运动以及台阶攀爬进行仿真，并搭建实物样机进行实验验证。

5.1 不同轮幅数机器人水平地面仿真

为证实六轮幅的优势，对三轮幅、五轮幅和六轮幅机器人进行仿真建模，分别测试机器人在对角步态下的直线行走，并绘制机器人的质心变化曲线。从图11 中可以看出，随着轮幅数的增加机器人的质心变化幅度逐渐减小，六轮幅在直线行走中的稳定性要优于三轮幅和五轮幅。后续的爬梯实验则能证明本文提出的六轮幅能够满足常见规格台阶的攀爬。

图11 对角步态下机器人直行质心变化曲线Fig.11 Robot centroid change curve of straight ahead under diagonal gait

5.2 机器人水平地面直行步态仿真实验

采用ADAMS 仿真软件对机器人在水平地面上的直行运动进行建模，并绘制出机器人在4 种步态下行进时的质心变化曲线和姿态变化曲线。由于在仿真实验中模拟了轮腿弹簧，以及机器人受到惯性影响，仿真结果曲线与理论分析所得公式不完全一致，但结果趋势和对比关系均保持一致。

从图12 所示质心变化曲线中可以看出，滚动步态下机器人质心变化较为剧烈，对角步态、前后步态和同侧步态相比于滚动步态机器人质心变化的范围较小，该实验结果与3.2 节中分析结论一致。

图12 机器人直行质心变化曲线Fig.12 Cuve of the robot’s centroid change under straight walking condition

通过软件仿真测量机器人在对角、前后、同侧步态下的实时姿态，并如图13 所示绘制机器人姿态变化曲线。在测量角度时，将坐标系人为规定为:车的前进方向为x 轴正方向，车体左侧方向为y 轴正方向。由于在机器人前进过程中，轮腿状态呈周期性变化，机器人受到惯性作用，在3 种步态下车身的俯仰角均具有一定波动。但从仿真结果来看，对角步态的姿态变化要小于前后步态和同侧步态，机器人主体相对稳定，与3.2 节中分析结论一致。

图13 机器人直行姿态变化曲线Fig.13 Curve of the robot’s attitude change under straight walking condition

5.3 机器人爬梯过程仿真实验

使用ADAMS 软件搭建机器人模型和楼梯模型进行仿真测试，验证该轮幅型轮腿机器人攀爬楼梯的能力和稳定性。机器人模型的ADAMS 软件仿真如图14 所示，仿真实验中轮腿与台阶表面的静摩擦系数均设置为0.6。

图14 机器人ADAMS 软件仿真图Fig.14 Simulation of the robot based on ADAMS software

首先，针对于滚动步态和前后步态进行爬梯性能比较，拟攀爬目标选取宽和高分别为W=270 mm和H=150 mm 的五级台阶。以滚动步态为例，机器人攀爬楼梯的过程如图15 所示。图16 为机器人在滚动步态下和前后步态下爬台阶过程中的质心变化曲线，其中前后步态的两组轮腿相位差为7°。图16中用虚线框出的两处曲线抖动为4 个轮腿一同攀爬台阶所致，在这种情况下滚动步态质心轨迹与楼梯的轮廓间所夹面积较小，重合度较高，说明该步态下机器攀爬台阶的稳定性较好。此外，两种步态下机器人在台阶上时都发生了几次滑移，前后步态下机器人发生滑移时车身姿态变化较大，当前侧轮腿与后侧轮腿相位差较大时滑移次数增多攀爬难度增加，还可能会出现车身后翻的情况，能够完成台阶攀爬的相位差范围与台阶尺寸和机器人尺寸相关。

图15 机器人爬台阶仿真图Fig.15 Simulation of the robot climbing stairs

图16 机器人爬台阶质心变化曲线Fig.16 Curve of the robot’s centroid change when climbing stairs

随后，对本文提出的轮腿机器人越障能力进行进一步验证，通过软件仿真模拟出不同尺寸的楼梯环境，使用滚动步态进行可通过性测试。室外台阶高度通常不超过175 mm，宽度在260～350 mm 之间，且高宽比不宜大于1∶2.5，在该范围条件内选取几组台阶尺寸组合进行测试，测试数据见表3。

表3 台阶实验结果Table 3 Stairs experiment results

5.4 实物实验

在软件仿真的基础上，参照表1 所示参数搭建物理样机。机器人控制系统基于STM32 单片机实现，各轮腿电机具有一个独立的PID 控制回路，电机编码器将电机转速和相位回传，控制器根据当前规划速度和采用的步态来控制电机，电机输出转矩经减速器传至轮腿，通过速度闭环以及相位差调节来实现机器人行进速度和步态的控制。如图17 所示在一些复杂地形环境中进行了通过性测试。实验证明本文研究中步态选择的合理性，且机器人具备较好的行进效率和越障能力。

图17 机器人复杂地面环境实验Fig.17 Experiment of the robot in complex terrain

此外，如图18 所示，于室外楼梯环境中使用物理样机测试轮腿机器人的越障性能，实验验证本轮幅型轮腿复合机器人具备较好的越障能力，在滚动步态下可稳定高效的完成台阶攀爬。

图18 机器人爬台阶实验Fig.18 Experiment of the robot climbing stairs

6 结论

本文对于一种轮腿复合型机器人进行了步态研究与越障性能分析，在步态选择时应当综合考虑机器人在运动过程中的质心变化、受力情况以及主体稳定性等，以减轻在机器人在运动中的振动和能源损耗，对直行、转弯以及攀爬台阶等任务中机器人的各种步态进行理论分析和实验测试。得出主要结论如下:

1) 在直行任务中，为提升机器人在运动过程中的稳定性，选取振动和姿态变化较小的对角步态。

2) 在转向任务中，由于采用差速控制方式，其余步态并不适用，只能选取同侧步态。

3) 在滚动步态和前后步态中选取滚动步态时机器人对楼梯的适应性更强，爬梯时效率更高、稳定性更好。

4) 最终通过实验验证，证实了本文提出的轮腿复合型机器人结合步态控制方法在复杂地形环境中具有较好的行进效率和越障能力。