中文摘要：

本项目主要从分析基于被动的机器人的高效性和解决3D点足机器人的欠驱动问题两个角度研究实现自然、高效的仿人双足运动。具体内容包括3D机器人被动步态和主动控制结合的半被动行走；3D点足机器人稳定站立、行走及奔跑的反馈控制； 3D点足机器人站立、行走及奔跑平滑切换的控制。通过本项目的研究，期望给出在模型结构约束下的机器人最优结构和控制设计方法，解决3D点足机器人类人运动中的定点控制问题、欠驱动混杂系统周期性轨道的存在性和稳定性问题以及周期性轨道间平滑切换的控制问题，为双足机器人的稳定站立、行走、奔跑及跑走间的平滑切换提供一整套分析方法和控制策略，最终通过原型机的开发实现高效、稳定、灵活的仿人双足运动。

结论摘要：

仿人机器人的发展在近些年十分迅速，从军用到民用都有着巨大的市场需求和发展前景。双足运动是仿人机器人的一个重要特点，相对于轮式机器人而言，双足运动有着环境适应性比较强、在不平地面和松软地面上的运动速度较高、能耗较小等优越性。双足运动为仿人机器人的发展指明了方向，但是机器人的稳定性和高效性研究存在着巨大的挑战性。本项目主要从事机器人双足运动稳定性和高效性两个方面的研究，具体内容包括机器人高效行走结构设计和控制策略研究；机器人高效奔跑控制策略；机器人稳定奔跑持续性准则提出；机器人复杂环境自适应行走控制。通过拉格朗日和牛顿欧拉法对机器人进行准确建模，并结合机械结构设计得出优化的行走和奔跑步态，大幅提高运动效率。同时，通过反馈控制、自适应控制、再励学习等控制方法设计控制策略，镇定机器人系统，提高机器人运动的稳定性和鲁棒性。通过该项目的研究，解决了欠驱动双足机器人双足运动稳定性差的问题，同时大幅度提高机器人的运动效率，降低能耗提高续航时间，拓展了机器人运动的灵活性和环境适应性，具有较高的理论价值和应用前景。