双足人形机器人具有人类外形,在设计之初便被赋予很高的期望,其综合多种机械、电子、计算机、传感器和控制技术,是该研究的前沿领域。由于其前瞻性和潜力,人形机器人已成为机器人研究的热门课题。虽然双足人形机器人样机研制和行走控制的研究在最近40年里取得了丰硕的成果和进展,但其依旧面临着自由度多、控制难度大的问题。加上可以预见日后人形机器人在实际工作中将面临一般工业机械难以遇到的复杂环境,如救灾现场、家政服务环境甚至战场,因此研究人形机器人在复杂环境下的行为尤其显得重要。本文选取了两种典型复杂环境,即未知的不平整路面和地面未知障碍物环境,分别对两种环境下机器人的行走控制和移除障碍物控制进行了研究。在行走控制中,主要研究了平地、斜坡和地面杂物等环境上行走的稳定性;而移除障碍物时,则主要考虑了在平地上移动障碍物的进行步骤和方法,以及对相关性能指标的优化。具体工作包括:1、基于被动倒立摆模型(PIPM)对双足人形机器人进行了步态规划,并设计了以ZMP跟踪预测控制为基础并耦合了姿态控制、非线性着地控制、虚拟弹簧阻尼控制和地面信息分解等多种控制方法的综合控制算法。2、设计了一套低成本(不使用手部力传感器)情况下机器人推行地面未知障碍物的方法,并能够估计障碍物的质量和与地面摩擦。同时利用姿态调整减小机器人腰部(髋关节)受力,以使其不过载。讨论研究了被动倒立摆(PIPM)和线性倒立摆(LIPM)模型能耗的区别。3、通过仿真和真机实验,分别证明了上述算法的有效性。