机器人产业的迅速发展正在逐渐改变着我们的生活方式。仿人机器人作为与人类形象最贴近的、也是最容易为人类所接受的一种机器形态，从诞生之日起就被赋予了更好地服务人类的使命，因而也引起了越来越多的关注，并有许多学者对其进行了深入的研究。双足行走的特性是仿人机器人区别其它形态机器人的一个重要标志，同时步态研究也是该领域的一个重点和难点。而在与周围环境发生动态交互时，对运动的干扰是不可避免的，机器人如何应对外界干扰的平衡性问题也就显得尤为重要。　　 本文着眼于仿人机器人运动平衡问题的研究，针对有外界干扰力存在的站立和行走的控制策略进行相关探讨，设计全状态反馈控制器以平衡机器人系统；提出两种上身补偿运动规划来应对地面摩擦的改变对机器人运动的影响，保证机器人的稳定运动，并提高系统的稳定裕度。本文的具体工作如下：　　 1．研究仿人机器人站立状态时受到外界干扰力的控制策略。在仿人机器人站立平衡研究中，由于模型的高维数和非线性，目前的优化策略大都只能应用到简单的前向模型，而对于侧向平面和三维干扰力还没有很好的解决方案；所有的研究中都是以冲击力为干扰设计控制策略，忽略了实际环境中的持续干扰。鉴于以上情况，设计全状态反馈控制器研究机器人有干扰的站立平衡控制策略，将干扰力分成冲击力和持续力两种类型，针对作用力的不同类型、大小、位置和方向优化控制器参数。将机器人模型分为站立前向、侧向和三维作用平衡模型：在前向模型中，1）以四种不同的简化模型探讨人类应对干扰力的四种不同的平衡策略，分析当机器人受到不同的冲击力或持续力的响应轨迹，并以最大可处理干扰力为例对各个关节在站立平衡中的作用进行相关讨论；2）以二连杆模型为例，研究机器人站立平衡的增益变化规律，讨论各个关节状态对平衡行为的影响；3）在腰部平衡策略讨论中，用一系列随机作用力对所优化的控制器进行鲁棒性测试，并与LQR控制器进行性能比较。最后，用侧向平面七个自由度模型分析机器人受到侧向力的行为反应，用十三个自由度模型分析机器人受到三维作用力的性能，以及对这两种模型的全状态反馈控制器进行参数优化。　　 2．研究仿人机器人行走状态时受到外界干扰力的控制策略。鉴于更复杂的行走模型、行走时与地面的碰撞和多动力学切换等原因，目前还没有优化策略用于全模型机器人的有干扰行走控制中。为此，我们设计全状态反馈控制器研究机器人行走过程中有外界干扰的平衡问题，针对不同的外界干扰力将机器人模型分为前向模型、侧向模型和三维模型三种情况，并根据作用力的大小、位置和方向，设计各自优化方案对控制器参数进行优化，给出受干扰后机器人的运动反应分析。在此只研究以冲击力为干扰的运动平衡问题，持续力可以用相同的方法进行控制器设计和研究。　　 3．研究仿人机器人在地面摩擦发生变化时的行走平衡控制策略。因为行走是与周围环境动态交互的一个过程，所以地面摩擦的改变会导致机器人原有运动模式的变化，已有的相关研究大都通过躯干和腰部的运动进行补偿，但都忽略了手臂对整个身体运动的作用，并且这些行为都不是模仿人类的运动。从观察人类快速运动出发，规划上身（包括躯干和手臂）运动以补偿地面摩擦的改变对机器人运动的影响。首先分析机器人在运动过程中产生的转矩，并以补偿系统自转转矩为目标提出躯干自转补偿运动用以模仿人类在无臂情况下的运动模式；分析手臂摆动对全身运动的影响，并提出模拟人类正常行为的手臂摆动补偿运动，以满足ZMP规则的先决条件；并从能量消耗的角度对这两种补偿方式进行了比较。仿真中，采用两种设定条件进行研究，一是在机器入快速运动模式下；二是针对地面环境的改变。两个结果都可望验证本文所提出的补偿运动能保证机器人的运动稳定性，提高系统的稳定裕度。还以能耗比作为评价指标，为机器人手臂的尺寸优化设计提供参考。