经过半个多世纪的发展,双足机器人的运动性能越来越出色,但其能耗高以及对非结构地面环境的适应能力不足的问题,已成为其实用化进程上的突出障碍。本文以五连杆欠驱动型双足机器人为研究对象,致力于降低双足行走的能耗,并增强其鲁棒性,研究了双足机器人行走的能耗及其对地面的适应性控制,论文的主要内容如下:1、针对大多数研究成果都是基于不够真实接触假设条件的问题,用非线性弹簧-阻尼模型来描述机器人足与地面间的相互作用过程,避免了线性模型中接触力不连续的问题,并设计了双足机器人的3D机构,得到了机器人各连杆较为真实的物理参数。仿真结果验证了所搭建的双足机器人行走实验仿真平台的有效性。2、针对双足行走具有混杂动态的特点,指出轨道稳定性才是评价机器人长期运动性能的有效方法。针对弹簧-载荷倒立摆模型没有精确解析解的问题,提出了用质点水平坐标函数表示质点高度的轨迹描述方法,仿真结果表明了所提函数对理想结果的逼近误差在可接受范围内。然后在考虑摩擦力、驱动能力等约束的条件下,分别为变刚度弹簧-载荷倒立摆模型和线性倒立摆模型设计了实现轨道稳定的迈步控制器。仿真结果表明了所设计的控制器的有效性。3、针对基于做功的机器人能耗描述方法未考虑机器人关节速度为零时驱动器仍然耗能的问题,提出了基于冲量的机器人能耗计算方法。然后基于该方法,分别研究了支撑腿和摆动腿的能耗,通过充分的仿真实验,指出支撑腿髋关节跟踪线性倒立摆模型时能耗较低,而摆动足在支撑期的后半段实现最大抬脚高度时能耗较低。4、针对机器人在不平整地面上行走时会遭遇大冲击力而导致机构损坏或不稳定等问题,提出了以接触力为内环的欠驱动系统位形控制策略。在两连杆单腿机构上采用所提策略,实现了平衡及小腿姿态角的跟踪控制,验证了所提策略的可行性及有效性;最后,将所设计的迈步控制器和能耗分析的结论,综合应用在双足机器人行走实验仿真平台上,实现了在不平整地面上的稳定行走。