目前随着全球人工智能大趋势的发展以及装备制造业的转型升级,双足机器人作为目前研究的热门领域之一,代表着行业乃至一个国家最前沿的技术,它集合了机械、电子、计算机、控制和生物学等众多的前沿学科理论。不同于传统的轮式机器人、履带机器人等有相对稳定的运动支撑,双足机器人运动时没有相对稳定的支撑点,故步行稳定性一直是双足机器人需要考虑的难点问题,特别是对于跑步和上下楼梯等复杂的运动环境,双足机器人运动稳定性显得尤为重要。故合理的步态规划对双足机器人研究至关重要,步态规划也是目前双足机器人研究领域里热门研究方向之一。本文围绕着双足机器人步态规划方向主要做了以下工作:(1)根据人体生物学理论基础,设计了双足机器人本体的机械结构,主要包括髋关节、膝关节、踝关节和脚板的三维设计。并且考虑所设计的机器人能尽可能复现人类所有的动作,根据人体下肢本身的各关节运动范围,定义了机器人10个关节角的运动范围。(2)给出了双足机器人各杆件坐标系建立需要的数学知识,利用齐次坐标变换对机器人的正运动学和逆运动学分别进行建模,为后续步态规划奠定了理论基础。对双足机器人稳定步行需要满足的条件及零力矩点进行了研究,为后续步态规划和优化做好了准备。(3)根据双足机器人的步行行进特点,将机器人简化为倒立摆模型,在二维倒立摆模型的基础上提出了周期、起步和止步三步规划法,并利用速度和位移约束实现了三个步行阶段的平稳过渡,利用倒立摆简化模型和五次样条多项式插值方法得到各个阶段质心和摆动腿踝关节的轨迹,再根据腿部关节转角简化模型利用几何法求得双足机器人的10个关节角运动轨迹。(4)结合非时间步态规划的思想,将步态规划中的时间变量替代为非时间变量,步态规划具体分为各关节空间运动轨迹的求解和非时间参考变量关于时间的函数表达式的求解两部分。并以双足机器人步行稳定性为优化目标,行走速度为约束条件,利用遗传算法获得了满足机器人步行最稳定情况下的最优步行参数。对于要求机器人需要实现避障和上下楼梯等对机器人空间运动轨迹有约束的步态规划问题,此种方法有着良好的适用性。本课题通过对双足机器人的结构、运动学模型、步态规划及其优化研究,获得了双足机器人运动学建模、机械结构、步态规划和步态优化的方法。对以后双足机器人的研发有着缩短研发周期、降低研发成本和提高研发可行性的作用,促进了双足机器人的发展。