四足运动 四足机器人控制技术PDF电子书下载

第一部分 步行测量和算法 3

第1章 步行机器人概述 3

1.1 简介 3

1.2 发展历史 4

1.2.1 步行机构 5

1.2.2 步态设计 11

1.2.3 稳定性测量 13

1.3 步态运动的优点 14

1.3.1 机动性 15

1.3.2 克服障碍 15

1.3.3 主动悬架 15

1.3.4 能量效率 15

1.3.5 自然地形 16

1.3.6 滑动和干扰 16

1.3.7 环境破坏 16

1.3.8 平均速度 16

1.4 步态运动的缺点 16

1.4.1 机械系统 16

1.4.2 电子系统 18

1.4.3 控制算法 18

1.4.4 可达速度 18

1.4.5 成本 18

1.5 步行机器人的潜在用途和实际用途 19

1.5.1 军事应用 19

1.5.2 核电厂检测 20

1.5.3 陆地、水下和空间探测 20

1.5.4 林业和农业任务 21

1.5.5 建筑活动 21

1.5.6 民用工程 22

1.5.7 帮助残障人士 22

1.5.8 支撑AI技术 23

1.5.9 生物学研究 23

1.5.10 人道主义排雷 25

1.6 四足机器人与六足机器人 26

第2章 步行机器人的稳定性 28

2.1 简介 28

2.2 静态稳定性标准 29

2.3 动态稳定性标准 31

2.4 稳定裕度的比较研究 35

2.5 稳定性水平曲线 44

2.6 结论 47

第3章 周期步态的生成 49

3.1 简介 49

3.2 步态生成 50

3.3 连续步态 52

3.4 不连续步态 54

3.4.1 两相不连续步态 55

3.4.2 四相不连续步态 59

3.5 两相不连续的蟹行步态 60

3.5.1 初始位置无变化的TPDC步态 60

3.5.2 初始位置变化的TPDC步态 62

3.5.3 不连续步态策略 64

3.6 不连续转弯步态 65

3.6.1 圆形步态 66

3.6.2 旋转步态 69

3.7 不连续步态的路径跟踪 71

3.7.1 蟹行步态的路径跟踪 71

3.7.2 转弯步态的路径跟踪 72

3.7.3 路径跟踪示例 73

3.8 结论 74

第4章 非周期步态的生成 76

4.1 简介 76

4.2 自由蟹行步态 78

4.2.1 步行机器的模型和基本概念 78

4.2.2 地形模型和地形适应 80

4.2.3 腿部序列规划 81

4.2.4 立足点规划 84

4.2.5 机体运动规划 91

4.2.6 足抬升规划 92

4.3 自由转弯步态 93

4.3.1 腿部序列、机体运动和腿部抬起 94

4.3.2 立足点规划 94

4.4 自由旋转步态 96

4.4.1 腿部序列和腿部抬起 96

4.4.2 立足点规划和机体运动规划 97

4.5 实验结果 99

4.6 结论 102

第5章 新的稳定性方法 103

5.1 简介 103

5.2 几何稳定性和所需转矩 104

5.3 考虑有限的电机转矩影响：模拟研究 108

5.4 电机转矩限制对实际机器人的影响 110

5.5 全局稳定标准 112

5.5.1 全局标准的定义 112

5.5.2 基于全局标准的步态 115

5.6 结论 117

第二部分 控制技术 121

第6章 运动学与动力学 121

6.1 简介 121

6.2 步行机器人的运动学 122

6.2.1 正向运动学：“D-H约定” 122

6.2.2 逆向运动学 126

6.2.3 运动学求解的几何方法 128

6.3 步行机器人的动力学 132

6.3.1 机械系统的动力学模型 132

6.3.2 致动器和传动系统的动力学模型 133

6.3.3 完整动力学模型 134

6.4 动力学模型分析方法 136

6.5 SILO4步行机器人的应用 136

6.5.1 机械零件的动态模型 136

6.5.2 执行机构的动力学模型 139

6.5.3 模型分析 142

6.6 结论 146

第7章 提高腿部速度的软计算技术 148

7.1 简介 148

7.2 提高在线轨迹生成中的腿部速度 148

7.3 加速度调整方法 151

7.3.1 工作空间实验分区 153

7.3.2 模糊集和规则 156

7.3.3 模糊推理图 157

7.4 实验结果 159

7.5 结论 162

第8章 步行机器人的虚拟传感器 163

8.1 简介 163

8.2 方法概述 164

8.3 基于神经网络的虚拟传感器 165

8.4 虚拟传感器设计 166

8.5 在真实步行机器中使用虚拟传感器 167

8.5.1 神经网络 168

8.5.2 网络校准样本集 168

8.5.3 训练流程 169

8.5.4 网络性能测试 170

8.5.5 讨论 176

8.6 结论 178

第9章 人机界面 180

9.1 简介 180

9.2 人机界面和协同控制器 181

9.2.1 图形显示 183

9.2.2 图形控制环境 185

9.2.3 数字显示 186

9.2.4 传感环境 186

9.2.5 地形建模环境 187

9.2.6 控制仿真环境 187

9.2.7 步态环境 187

9.2.8 步行环境 188

9.2.9 致动器环境 189

9.2.10 命令行界面 190

9.2.11 协作环境 190

9.3 结论 192

附录A SILO4步行机器人 193

A.1 简介 193

A.2 机械结构 194

A.2.1 机器人布局 194

A.2.2 机身结构 194

A.2.3 腿部配置 194

A.2.4 足部设计 195

A.2.5 运动学 197

A.3 控制系统配置 198

A.3.1 计算系统 198

A.3.2 传感器和传感器系统 200

A.3.3 控制算法 200

A.4 模拟工具 202

A.5 制造图纸 202

A.6 结论 202

附录B 步行机器人仿真软件 204

B.1 简介 204

B.2 仿真参数 205

B.3 编程仿真 205

B.4 创建SILO4机器人 206

B.5 步态控制 206

B.6 地面图 207

B.7 地面接触模型 207

参考文献 209