在最開始，雙足機器人使用的平衡控制策略是“靜態步行”（static walking）。這種策略的特點是：機器人步行的過程中，重心（COG，Center of Gravity）的投影始終位于多邊形支撐區域（support region）內，這種控制策略的好處在于：機器人可以在行走動作中停止而不摔倒，但代價是行動速度非常遲緩（每一步需要花費10 秒甚至更長，因為需要保持重心的投影始終位于支撐區域，否則將不穩定）。

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因為靜態步行和人類的期望相差甚遠，于是人類開發出來了另一種步行平衡策略——“動態步行”（dynamic walking）。在動態步行中，機器人的行動速度被提升至了每步不超過 1 秒。但其弊端也是顯而易見的，機器人難以在運動的狀態下立即停頓（慣性的作用），從而使得機器人在狀態轉換的過程中變得不穩定。為了解決慣性帶來的影響，零力矩點（ZMP，zero moment point）被引入到了這一控制策略中。在單腳支撐相中，ZMP=COG。其好處在于，當 ZMP 嚴格的存在于機器人的支撐區域中，機器人則絕對不會摔倒。

雙足平衡的主流——基于 ZMP 的動態步行

現在雙足平衡的主流是用基于 ZMP 的動態步行。從上述的基本內容來看，雙足機器人的一條腿就可以抽象成控制系統中最基本的“倒立擺”模型。

由于復雜地形的雙足平衡無法由單一的控制器實現，所以多個控制器的切換策略被用于解決平衡問題。在這一個策略中，機器人的行走被設定為一個周期（cycle）每一個周期被分成了不同的行走階段（stage），如下圖所示：

直立姿態控制器（Upright Pose Controller ）

這種控制器可以使機器人在傾斜地形中始終保持直立姿勢，從而保持整個機體的平衡。對于雙足機器人而言，傾斜地形的“全局傾斜角”的測量就顯得尤為重要。一般采用的測量方法是在機器人的軀體內部安裝一個 2 軸的加速度計，再加上一個低通濾波器就可以構成一個傾斜計。

對于機器人的俯仰姿態控制，在規定的踝關節軌跡上，直立姿態控制器附加了含有俯仰誤差的 PI 控制器：

直立姿態控制器則可由下列等式實現：

下圖更加直觀的反映出了使用控制器之前與之后的俯仰控制平衡性差異：

下圖顯示了使用控制器之前與之后的側傾控制平衡性差異：