双足机器人,是一种高度模拟人类双腿行走功能的高级智能机器人,相比较于轮式和履带式机器人,其对人类环境的适应性更高.具有代替人类在危险环境下进行重复、高强度、高精度工作的潜力.然而,双足机器人的步行系统是一个内在的不稳定系统,其动力学特性非常复杂,具有多变量、强耦合、非线性和变结构的特点,使其本身就具有不稳定性,又因为当双足机器人在人类环境中运动时,还会不可避免的受到多种干扰,因此研究双足机器人的步态控制和扰动平衡具有重要意义.另外,双足步行技术的发展还会促进动力型假肢的研制.本文在Nao仿人机器人的平台上研究双足步行机器人的步态规划及平衡控制,分析仿人机器人步态规划、动态平衡控制及静态平衡控制,进一步为智能假肢控制和扰动平衡方面的研究提供可靠依据.首先介绍了一种基于模型的双足机器人步态规划方法,该模型根据机器人的质量一般集中于上体,将倒立摆的杆和机器人的腿对应,将双足机器人踝关节的力矩驱动看做是倒立摆的基底关节驱动.本文在详细阐述线性倒立摆模型的原理以及规划步骤后,进行了针对Nao机器人的步态规划,并在Nao机器人平台上进行了实验验证,对结果进行了分析,验证了该方法的有效性.其次,针对Nao仿人机器人的稳定行走,提出了一种基于预观控制理论的控制方法.结合机器人当前的姿态信息和ZMP未来信息,设计出包含更多未来信息的预观控制器对机器人行走进行控制,经实验验证,该控制方法可以使仿人机器人在行走过程中能够更好地跟踪实现既定的ZMP轨迹,行走更加稳定.最后,介绍了一种基于反应零空间原理的双足仿人机器人扰动平衡控制.利用仿人机器人的加速度及角速度信息,利用角动量定理来计算机器人受到的力的大小及方向,然后根据反应零空间理论建立仿人机器人的稳定模型,最后采用髋关节策略来应对干扰力,使机器人在受到一定大小范围的外干扰力的情况下能够保持平衡,并在外干扰力消失后能够恢复原有稳定姿态.并在Nao仿人机器人平台上进行实验验证了该方法的有效性.