双足机器人是机器人领域的典型代表之一,它集电子、机械、计算机等多学科于一体,同时也存在着结构复杂、动力学模型难辨识等控制难点。早期的双足机器人多采用静态步行的方式,步行速度较慢而且只能适应平整的地形。因此实现稳定的动态步行是提高双足机器人运动性能的关键。本文在平面双足机器人以及“悟空-Ⅱ”双足机器人平台的基础上,设计了基于虚拟力模型控制的双足机器人动态步行控制算法。并在此基础上,对机器人不平整路面适应性控制进行了探索。本文的主要研究内容有:1)构建双足机器人的虚拟力控制模型。首先基于动态步行的运动策略设计了相应的运动状态机,并针对单腿支撑相和双腿支撑相分别建立了虚拟力模型,同时针对本文中的具体机器人进行了一定改进。然后分析了虚拟力之间的约束条件以及合成与分配关系。实验结果表明,以虚拟力模型控制为基础,可以对机器人的姿态与高度进行稳定控制。2)研究双足机器人行走速度控制算法。首先通过卡尔曼滤波器对陀螺仪数据与运动学解算数据进行融合,得到较为准确的机器人质心速度估计值。然后在Raibert提出的落脚点选择模型的基础上,设计了适用于本课题的落脚点选择模型,通过落脚点的选择来进行速度控制。实验数据表明,通过该方法可以使机器人的前进速度达到2km/h。3)提出了一种双足机器人适应不平整路面的控制方法。不平整路面对双足机器人步行控制带来的影响主要体现在高度控制上。该方法首先对世界坐标系下的机器人期望高度进行初始化,然后对不同的摆动腿触地情况规划了运动轨迹,以保证世界坐标系下机器人高度的稳定。实验数据表明,机器人具备了稳定通过不平整路面的能力。