双足机器人是机器人领域的研究热点之一。双足机器人存在机械结构复杂,动力学方程复杂,稳定控制要求较高等特点,其运动的稳定性至今无法达到人们的期望,其中双足机器人的跑跳步态更是机器人运动控制的重要挑战。本文针对双足机器人的跑跳运动开展步态规划和平衡控制研究,设计双足机器人状态机,单腿支撑过程中的身体姿态平衡与质心高度平衡控制,摆动腿的运动规划,以及机器人在低速状态下的方向控制。最终在双足机器人“悟空-Ⅱ”平台上的开展跑跳实验验证。本文的主要研究内容有:1)构造了双足机器人跑跳步态的状态机,设计姿态平衡控制器和高度控制器。将双足机器人前进过程分为单腿支撑相与双腿腾空相,机器人处于单腿支撑相时,设计控制器保持身体的姿态;利用对地面反作用力的控制维持身体质心高度,为机器人能够采用跑跳步态前进提供前提。2)设计了双足机器人快速运动的速度控制器。描述结合运动学与陀螺仪数据,采用卡尔曼滤波器估计质心速度的方法;重点介绍摆动腿的轨迹规划与落脚点控制,根据LIP模型控制,利用机器人摆动腿的落脚点实现对机器人的速度控制,同时规划摆动腿摆动曲线以及添加摆动腿摆动过程中的重力补偿。3)设计了双足机器人的转向运动控制。针对机器人前进过程中会出现方向偏差的问题,采用对支撑腿髋关节偏航关节的运动规划实现机器人低速运动下的方向控制;机器人高速前进时,采用利用腰关节转动平衡机器人支撑腿与摆动腿运动产生的转动力矩;同时将双足机器人的偏转力矩加入机器人的姿态控制器中,期望实现双足机器人的方向上的控制。4)在“悟空-Ⅱ”双足机器人实验平台上开展实验,验证上述控制算法。成功验证身体姿态控制器与质心高度控制器的有效性;利用卡尔曼滤波器获得更加准确的质心速度,利用落脚点控制实现“悟空-Ⅱ”机器人前进速度的控制;改进机器人前进过程中的方向控制。