双足机器人相比于其他的移动机器人,其适应性和灵活性更强,在复杂的地面环境更容易实现稳定行走。对双足机器人的研究有助于探索人类行走的规律,为康复医疗器械和高危作业等方面的研究提供理论基础。Geyer所提出的双足弹簧负载倒立摆（Spring-Loaded Inverted Pendulum,SLIP）模型,相比于传统的刚性腿双足机器人模型,更能体现人类行走的主要特征,具有更低的能耗,和更加自然的行走步态。本文对SLIP模型做了进一步的扩展,加入了躯干和考虑摆动腿动态,扩展后的模型更能代表实际的双足机器人。本文的主要研究工作如下:（1）模型的建立:提出了一种具有刚性躯干和考虑摆动腿动力学特性的变腿刚度柔性双足机器人模型。在SLIP模型的基础上,在髋关节处加入刚性躯干,考虑了躯干姿态控制对行走稳定性的影响。在腿部弹簧两端并联阻尼器,来模拟支撑腿受到的摩擦力。在腿的末端加入脚质量来考虑摆动腿动力学对机器人稳定行走的影响。采用欧拉-拉格朗日法推导了系统单支撑阶段和双支撑阶段的动力学方程,并基于动量定理推导了摆动腿落地瞬间的冲击模型。（2）控制器的设计:针对误差函数,设计了基于空间轨迹的反馈线性化控制器来跟踪髋关节质点及摆动腿的期望轨迹,并调节躯干的姿态使其在机器人行走过程中保持直立状态。通过计算机仿真验证了该方法的有效性。（3）步态切换策略的设计:本文通过控制腿部的可变刚度和施加在髋关节上的力矩来实现步态的切换,从而调节行走速度。实现步态切换的机理是把这些非理想的动力学都看作是系统的外部扰动,通过反馈闭环系统调节控制输入来抑制这些扰动。仿真结果表明,机器人能够实现两种自然步态之间的切换。（4）稳定性及抗扰分析:首先采用Newton-Raphson迭代法求出了系统的不动点,然后利用庞加莱映射法分析了双足机器人系统的轨道稳定性。仿真结果表明:雅可比矩阵的特征值均位于单位圆内,因此不动点是稳定的,该系统是轨道稳定的。为了进一步研究控制器的性能,对系统施加周期性扰动。通过仿真可知,系统能够有效地对抗外来的干扰,并维持稳定的行走。通过在不同时刻施加不同的扰动力,反复实验得到了扰动抑制区域,并得出机器人在双支撑阶段比单支撑阶段具有更强的抗干扰性的结论。