本文主要研究双足机器人借助涵道推进器,跨越大尺度障碍物的姿态优化及其控制的方法。由于双足机器人本身是含有多个自由度和非线性约束的复杂系统,因此控制双足机器人跨越大尺度的障碍物是一件具有挑战性的任务。其难点在于双足机器人在跨越大尺度障碍物时,需要双足机器人质心大幅度地向前偏出,使其获得更大的可跨越空间。然而,这将与保持双足机器人稳定的约束条件相矛盾。而且,双足机器人没有上半身去平衡导致机器人倾覆的重力矩,将更加容易失稳跌倒,即使机器人能完成跨越,所跨距离也将受到很大限制。为了解决跨越大尺度障碍物与维持稳定之间的矛盾,本文提出采用外置涵道推进器提供额外推力的方法来辅助双足机器人跨越大尺度的障碍物。为了增加涵道推进器对支撑足的力臂,以便最大效率地利用涵道推力,涵道推进器置于双足机器人的脚掌最前端。在跨越大尺度障碍物时,通过将三维双足机器人简化为二维平面冗余机器人,利用其结构对称性能有效简化运动过程,并且会增加其运动灵活性。采用准静态的运动方式,能有效减小震动和着陆时来自地面的冲击。整个跨越过程所采用跨越——滑动步态,则能进一步拓展双足机器人可跨越的障碍物的范围。跨越过程中,对双足机器人跨越足末端规划出多次曲线轨迹,并且结合双足机器人的准静态受力平衡约束条件、运动学约束条件、避障约束条件以及脚掌推力方向控制的平行约束条件等,建立起双足机器人越障的可跨越边界优化模型和最小额外推力姿态优化模型。最终解算出双足机器人可跨越的极限范围和跨越姿态对应的各个关节角度变化及对应的推力变化。在仿真平台与样机上,验证了两类多种大尺寸障碍物的跨越效果。结果表明,本文所提的借助涵道助推器实现双足机器人实现大尺度越障的方案是有效的。双足机器人可跨越的距离由开始探索的占其腿长的80%优化提升到97%,而且能跨越沟渠两侧高度差达100mm的宽沟。最终实现双足机器人最远最快能在8s内跨越520mm宽的水平沟渠,达到其腿长的113%。也测试了机器人跨越凸出地面大尺度障碍物,机器人成功地避开了机身连杆和障碍物的碰撞,完成了越障。