双足机器人比轮式机器人有更好的移动性和灵活性,特别是在不平整地面、狭窄过道、楼梯和障碍物环境下,双足机器人成为研究热点。本文针对主动行走的双足机器人,对机器人数学模型、步行稳定性、步态规划、楼梯步态等问题进行研究,提出适合楼梯步态的步态规划算法,对楼梯步态作具体分析,并进行动力学仿真实验。双足机器人结构复杂,建立数学模型首先要对机器人进行模型分解。本文应用旋量方法推导机器人正运动学,简化了D-H法的坐标系设定和运动学推导过程,并根据球腕关节的特殊性推导逆运动学的解析解。通过数学模型实现运动学仿真和在线零力矩点计算,对机器人动态步行时的稳定性进行分析。研究基于简化模型的步态规划原理,建立双足机器人行走时的动力学方程,用于步态规划算法的提出。步态规划涉及的内容丰富灵活,本文主要研究基于机器人简化模型的步态规划算法。根据机器人行走时动力学方程由数值解算法求出质心的运动轨迹,提出机器人沿给定路径全方向行走的避障行走方法。为了在行走时保证步行稳定性,通过ZMP反馈闭环和引入未来的参考ZMP信息设计预观控制器。对上述算法进行机器人行走仿真,分析机器人的动态稳定性并在理论上说明预观控制算法适合楼梯步态。双足机器人上楼梯是一项重要能力,本文对楼梯步态的重难点进行具体分析。通过预观控制器生成质心的前向运动,该方法可以避免机器人上楼梯时身体往后栽的问题。为改善双足机器人上楼梯常发生腿长不够的情况,提出了踝关节位置补偿器算法,在行走时加入对脚掌俯仰的控制。本文通过搭建ADAMS-MATLAB动力学仿真平台,进行双足机器人上楼梯仿真实验,对步态规划算法进行验证,并为将来的实体样机设计打下基础。