步行机器人以其良好的运动能力和多样的运动步态而展现出极强的复杂地形适应能力,具有广阔的应用前景。复杂地形环境下的稳定行走是步行机器人运动控制研究需要解决的根本问题,其关键和难点是对机器人与环境柔顺接触的控制,对于步行机器人来说也就是柔顺落足控制。本文主要研究了基于主动变阻抗的液压驱动步行机器人柔顺落足控制问题,研究内容包括步行机器人关节液压作动器输出力控制、落足过程中仿生腿变阻抗控制律的设计、变阻抗控制器的稳定性分析以及柔顺落足控制器性能评价等。实验结果证明了所设计的主动柔顺控制器的优越性能和应用价值,主要取得了以下研究成果:1、通过推导与分析液压作动器输出力模型发现,输出力模型中存在负载速度的自然反馈,负载速度自然反馈限制了力闭环控制系统的带宽,影响输出力的跟踪性能。为消除负载速度对输出力跟踪性能的影响,在力闭环PI控制器中引入了负载速度反馈环节和系统补偿项,实现液压作动器在末端自由条件下对2Hz正弦信号的精确跟踪。2、基于上述负载速度反馈液压作动器输出力控制器,设计了主动变阻抗柔顺落足控制器用以减小步行机器人运动过程中的落足冲击力,柔顺落足控制器包含有限状态机、足端轨迹规划以及主动变阻抗控制律三个部分。基于足底接触力信息和系统时间构建的有限状态机将机器人的落足运动划分为摆动期、落足期以及支撑期三个落足相,针对不同落足相的特性和控制目标分别采用了相应的控制律。采用多项式插值法规划的足端轨迹保证了在落足时刻、抬腿时刻足端相对于地面速度为零,最大程度上提高落足的柔顺性。落足相变阻抗控制参数参考人体行走过程中腿部阻抗的变化特性,以模仿生物运动的柔顺特性。最后通过构造合适的Lyapunov函数证明了柔顺落足控制器的稳定性。3、搭建了液压驱动单腿测试平台,利用所设计的变阻抗柔顺落足控制器设计完成了连续柔顺落足和连续柔顺弹跳实验。将实验结果同生物(猎狗)运动过程中足底所受到的冲击力进行对比发现,所设计的变阻抗柔顺落足控制器在减小足底冲击力实现柔顺落足方面展现出优越的性能和应用价值。