双足机器人的研究一直处于国内外机器人研究领域的热点之中,同其它类型机器人相比,双足机器人具有直立行走、自由度高、动作灵活等优势。但由于双足机器人自身结构设计的局限性,其步态稳定性差,对外界环境敏感度高,尤其在外部大扰动作用下,双足机器人系统稳定性迅速变差,极易发生摔倒。因此,如何在外部大扰动作用下,保持其良好的稳定快速恢复能力是目前双足机器人研究领域亟需解决的关键问题。针对双足机器人在大扰动下难以恢复稳定的问题,本文拟借鉴人类在大扰动作用下的步态调整方法,通过人体受扰恢复过程中运动特征的准确刻画,有效分析人体受扰后的稳定恢复控制策略,建立大扰动作用下人体步行恢复过程的解析仿真平台,为双足机器人大扰动下的控制策略制定提供新的理论分析基础。本论文主要研究工作如下:第一,针对双足机器人在大扰动下的快速稳定刻画问题,以人体大扰动步行为研究对象,建立了人体受扰后的稳定感知预测模型。鉴于人体复杂的生理组织结构、灵敏的感知与调控体系,基于大扰动下人体稳定感知的快速刻画,对人体各组成部分进行理想化假设,建立了人体质心处的3D-LIP点足模型;在此基础上,通过运动捕获点理论的引入,实现了任一状态下模型捕获点分析和捕获点动力学分析,为后续双足系统模型受扰后的稳定感知分析奠定了模型基础。第二,针对人体在大扰动下的稳定捕获与恢复控制问题,利用3D-LIP点足模型实现人体三维运动的解耦与各向同性化处理,并结合捕获理论实现模型任一状态下的稳定捕获与预测,在对模型迈步时间和迈步距离进行约束的基础上,提出一种基于运动捕获的动态足部定位控制器,通过对模型步态的预估,利用对摆动腿落地时间和位置的控制,实现3D-LIP点足模型在不同外部扰动作用下的受扰恢复控制。第三,针对本文提出的3D-LIP点足模型存在的控制偏差问题,提出了一种更接近人体生理结构的双摆腿模型。为消除3D-LIP点足模型与双摆腿模型的控制偏差,引入了离散LQR控制器,通过不同扰动下双摆腿模型的受扰恢复控制研究,实现双摆腿模型基于稳定预测下的多种扰动控制恢复。第四,参考双摆腿模型在稳定预测下的多种扰动控制恢复过程,利用人体运动捕获装置获取人体大扰动下运动控制恢复数据,然后将人体捕获实验数据与双摆腿模型的仿真数据进行对比分析。实验结果表明:在受扰恢复过程中,人体的实验数据和双摆腿模型的仿真数据之间具有较高的一致性,进而验证了本文中人体简化模型对人体受扰恢复过程刻画的可行性和控制策略解析的有效性。