双足机器人可以在如灾后援建、海底、太空等复杂恶劣的环境中,代替人类完成任务。因此,双足机器人在工业和服务行业寄托着人类美好的愿望。本文在国家自然科学基金“双足机器人多源随机不确定性建模与智能控制及其动力学仿真实验”(编号:11372270)、“3-D双足机器人步态切换与多目标优化以及随机不确定性鲁棒控制方法”(编号:11772292)以及“双足机器人刚-柔-软多体耦合动力学建模与全身协调控制方法”(编号:91748126)等项目的支持下,开展了 GTX-Ⅲ型双足机器人样机研制与行走实验研究工作,主要研究工作如下:(1)设计包含腰部俯仰和翻滚的14自由度GTX-Ⅲ型双足机器人样机,为后续腰部调整研究打下了基础。首先,在SolidWorks中完成GTX-Ⅲ型双足机器人样机结构设计;然后,在ADAMS中建立虚拟样机模型,针对腿部质量和集中躯干质量进行了仿真与优化;最后,根据仿真结果优化物理样机设计参数,加工和制作物理样机。(2)设计旨在缩短数据传输时间和提高控制效率的控制系统,实现双足机器人的稳定步行。首先对用于反馈控制的传感器、下位机控制芯片以及上位机进行选型;然后设计硬件系统,通过设计专用电平转换电路,将大数据量传输的器件直接和上位机连接,裁剪数据在下位机滞留时间,提高控制效率,缩短数据传输时间。最后,根据自定义的上/下位机协议,编写上/下位机的软件系统。(3)针对基于3D-LIPM的步态规划,优化踝关节轨迹,引入了双足支撑期,分别提出一种关节柔性改善方法和一种步态切换方法。首先,从双足机器人建模和稳定性分析出发,推导了运动学模型、3D-LIPM的动力学模型并开展了稳定性分析;其次,在双足机器人的步态规划过程中,基于3D-LIPM动力学模型规划质心和ZMP轨迹,且在踝关节轨迹规划过程中添加了垂直落地阶段,进一步通过设定约束条件,基于六次多项式插值规划了平滑过渡的双足支撑期质心轨迹;然后,提出一种基于腰部调整的关节柔性改善方法,改善双足机器人髋关节侧向运动的柔性误差。最后,提出一种两步过渡至目标步长的步态切换方法,在GTX-Ⅲ型双足机器人样机上完成步态切换实验,实验结果表明本文采用的步态规划方法和步态切换方法的有效性。(4)通过分析GTX-Ⅲ型双足机器人样机的传感器布点及其功用,确定了反馈控制的反馈参数。通过分析反馈参数与双足机器人的实时姿态关系,设计基于腰部调整的反馈控制器,其中包括对机器人实时姿态的分析和增量型PID控制器的设计。通过在GTX-Ⅲ型双足机器人样机上应用该反馈控制器,验证了基于腰部调整的双足机器人反馈控制器能够帮助机器人抵抗一定的外界干扰。