近年来,小型仿人机器人在智能教育领域得到越来越多的应用。目前,市场上主流的小型仿人机器人存在运动模式单一的问题,只能再现预设行为,而无法实现自由灵活的动态行走。针对上述问题,本文旨在通过步态规划方法和结构设计上的针对性改进,赋予自主研制的小型仿人机器人在平面上自由灵活行走的能力。主要研究工作如下:1.以三维线性倒立摆模型为基础,对基于目标落脚点的步态规划方法进行了详细分析,建立了步行参数与行走路径的映射关系以实现圆弧式路径跟踪。在上述研究基础上,提出了一种基于预观信息的步态规划改进方法。该方法可以识别特定步行模式从而实现针对性调整,并减小实际落脚点与目标落脚点之间的偏差。2.建立了21自由度机器人模型并基于解析法完成逆运动学分析,进而给出了完整的步态规划设计流程。在质心轨迹规划环节中,提出了一种基于5次样条函数的双足支撑期质心运动规划方法。3.设计制作了机器人物理样机。在保证机器人结构紧凑、简洁的同时,利用平面推力滚针轴承,完成其髋关节改进设计以及腰部偏航自由度舵机的添加。基于物理样机参数,在ADAMS中进行了机器人行走仿真,验证了物理样机设计的合理性。4.基于Qt框架,开发了一套多线程、模块化的机器人实时行走控制系统软件。通过不同的顶层调度方式,在共用基本功能模块的基础上,实现了两种在线步态规划模式,即:基于一串目标落脚点的“落脚点地图”模式和基于操作者实时操控指令的“摇杆”模式。在上述研究基础上,完成了包含基础步态与灵活步态的机器人自由行走实验。基础步态行走实验包括直线行走、原地转向以及横向跨步;而灵活步态行走实验包含“S”形路径跟踪避障、快速步态切换、灵活转向以及基于“摇杆”模式的实时行走操控。