双足机器人如何实现高效、稳定的行走,一直以来都是机器人领域研究的热点之一。本文所研究的仿鸵鸟机器人属于双足机器人的一种,与传统的双足机器人相比,其最大的特点是没有踝关节和脚掌,即足端与小腿未端固连,与地面之间为点接触。这种结构设计的优点是无需对踝关节进行额外的控制,机器人始终处于动态平衡状态,受外部扰动后可通过快速调整恢复平衡,具有高机动运动能力。本文旨在提出一种适用于仿鸵鸟机器人在三维空间中实现稳定运动的控制算法,论文主要的工作包括以下几个方面:(1)对仿鸵鸟机器人躯体和腿部结构进行简化,采用D-H法建立其空间坐标系,以此为基础进行机器人的正向运动学建模,推导腿部雅克比矩阵,并通过几何法求出解析形式的运动逆解,为后续控制算法的设计奠定了理论基础。(2)为验证所设计仿鸵鸟机器人运动控制算法的有效性,在Webots仿真平台中先后搭建出单腿机器人和仿鸵鸟机器人的3D仿真模型;同时为了提高调试效率,针对仿鸵鸟机器人设计出用于仿真调试的上位机。(3)基于SLIP模型分析了单腿机器人运动时的稳定条件,将单腿机器人在二维平面内的运动控制解耦为跳跃高度控制、前向速度控制和躯体姿态控制三部分分别设计独立的控制器之后,通过耦合得到机器人在二维平面内的运动控制算法;在二维运动控制算法的基础上,对其进行横向拓展,得到三维空间内机器人的运动控制算法,并且通过仿真平台验证了算法的有效性。(4)通过归纳单腿机器人的运动特性得出单腿步态概念,以此证明了单腿机器人控制算法在仿鸵鸟机器人中的适用性。首先对该算法进一步优化,并将其应用到仿鸵鸟机器人的控制中;其次对仿鸵鸟机器人进行步态规划,根据逆运动学公式推导出各关节运动轨迹;最后阐述控制算法的整体架构,进行仿真实验验证,结果表明仿鸵鸟机器人鲁棒性高、实时性好,达到了预期的设计目标。