仿人机器人是最有希望成为在人类生活和工作的环境中服务于人的机器人类型,其一直是机器人领域的研究热点。尽管近年来仿人机器人研究取得了巨大进展,但就目前的发展水平看,还远没有达到能够实际应用的要求,主要原因之一就是机器人的快速动态运动能力和抗扰动能力都较差。对于欠驱动双足机器人,由于不存在支撑域概念,因此无论是稳定站立还是动态步行,其始终都处在一个动态稳定的状态中。本文以欠驱动双足机器人为研究对象,可以避免传统基于稳定域规划方法和思维的限制,充分发掘双足机器人的快速运动能力和动态稳定能力,并为仿人机器人的动态步行规划和抗扰动控制提供新的思路。本文以快速和动态稳定为目标,研究欠驱动双足机器人的动态步行规划和抗扰动控制问题,主要研究内容包括：1.基于虚拟力控制方法对欠驱动双足机器人进行运动建模。首先将欠驱动双足机器人分为欠驱动平面双足机器人和欠驱动仿人机器人,针对不同状态相分别进行虚拟力控制建模,并分析欠驱动特性导致的虚拟力之间约束关系,建立虚拟力与支撑腿关节力矩之间换算关系,研究双腿支撑时各腿分虚拟力的合成与分配问题。2.基于髋策略实现欠驱动平面双足机器人的站立抗扰动控制。首先基于足底欠驱动引起的虚拟力之间的约束关系,以身体恒高和恒姿态控制为优先目标,建立前向运动方程并求解,构建前向运动的相变图并定义稳定轨道用来描述稳定状态的集合。按照外力作用的位置将扰动分成3种情况,并基于髋策略分别规划对应的3种开环控制方法,可以在身体水平稳定状态和直立姿态都受影响的情况下,同时完成水平方向的平衡控制和直立姿态恢复。3.研究欠驱动平面双足机器人的动态行走规划和抗扰动控制问题。首先对单腿支撑相和双腿支撑相的水平运动规律进行分析,参考人的行走步态公式建立行走速度和单步步长／周期之间的关系,并在相变图上规划期望行走速度对应的水平运动轨迹。基于落脚点调整策略研究行走速度控制,通过对当前步的末速度进行估计并实时计算和调整落脚点以完成前向运动的实时闭环控制,并天然具有抗扰动控制能力。4.以快速性为目标,研究欠驱动平面双足机器人的短跑运动规划。为实现双足机器人更快速的运动,本文模仿运动员在短跑时“踮脚跑”的运动方式。脚尖着地的方式却给支撑腿引入了1个冗余关节,导致在虚拟力控制时支撑腿内部运动的不确定。为解决该问题,在分析身体虚拟力和支撑腿各关节做功的基础上,以最大化虚拟力总驱动功率为目标,提出膝和踝协调驱动的条件和实现方法。该方法通过均衡膝和踝的驱动负担,既解决了支撑腿内部运动的不确定问题,又充分发挥了踝关节的驱动能力。在腿部其他关节驱动能力不变的情况下,通过短跑运动方式可以有效提高有脚板双足机器人的运动速度。5.研究欠驱动仿人机器人的动态行走规划和抗扰动控制问题。首先,前向运动规划直接沿用欠驱动平面双足机器人的动态行走规划方法,并预留单步周期作为触发事件用来关联侧向运动。参考人侧向运动的波动性规律,考虑到机器人抵抗不同侧方向外力的能力存在差异等因素,分别规划左右腿期望的侧向运动轨迹。研究侧向落脚点的实时调整方法,并分析单步和多步抗侧向扰动的控制方法以及对应的适用范围。分析扰动发生时刻对侧向扰动恢复难度的影响。文章最后对本文的内容进行了总结,并对今后的研究方向进行了展望。