第1章 绪论 1
1.1 被动动态行走双足机器人的研究现状 1
1.1.1 被动动态行走双足机器人的研究背景 1
1.1.2 被动动态行走双足机器人的发展现状 2
1.1.3 被动动态行走双足机器人的控制问题 7
1.1.4 被动动态行走双足机器人的稳定性分析 11
1.1.5 存在的主要问题 13
1.2 本书的主要内容与章节安排 14
1.2.1 研究目标及主要研究内容 14
1.2.2 科研项目资助情况 14
1.2.3 章节安排 14
参考文献 15
第2章 被动动态行走双足机器人的动力学建模 25
2.1 引言 25
2.2 无膝关节的双足步行机器人的动力学建模 26
2.2.1 模型描述 26
2.2.2 单腿支撑的摆动阶段的动力学建模 27
2.2.3 摆动腿与地瞬间碰撞切换模型 29
2.2.4 无膝关节双足步行机器人行走步态的脉冲混杂模型 31
2.2.5 无膝关节的双足步行机器人被动动态行走步态的仿真研究 33
2.3 带膝关节的双足步行机器人的动力学建模 36
2.3.1 模型描述 36
2.3.2 步态描述 37
2.3.3 带膝关节的双足步行机器人的动力学具体模型 39
2.3.4 带膝关节的双足步行机器人行走步态的脉冲混杂模型 47
2.3.5 带膝关节的双足步行机器人行走步态的仿真研究 48
2.4 本章小结 52
参考文献 52
第3章 被动动态行走机器人的稳定性分析 54
3.1 引言 54
3.2 被动动态行走机器人的局部稳定性分析 55
3.2.1 周期步态轨道稳定性定义 55
3.2.2 庞加莱映射法 56
3.2.3 利用庞加莱映射法研究双足被动动态行走机器人行走步态的局部稳定性 59
3.3 被动动态行走机器人的全局稳定性分析 69
3.3.1 胞映射原理与基本概念 69
3.3.2 庞加莱型胞映射法 70
3.3.3 变胞胞映射-点映射法 72
3.3.4 数值实验 74
3.4 本章小结 78
参考文献 79
第4章 被动动态行走机器人的混沌步态与控制 81
4.1 引言 81
4.2 混沌运动与混沌控制 82
4.2.1 混沌的定义及特点 82
4.2.2 混沌的判别方法 82
4.2.3 混沌控制的主要方法 83
4.3 被动动态行走机器人的倍周期步态与混沌步态 84
4.3.1 被动动态行走机器人动力学方程的无量纲化 84
4.3.2 带膝关节的双足机器人被动动态行走步态的倍周期现象 85
4.3.3 倍周期步态与混沌步态的出现与参数的关系 87
4.4 被动动态行走混沌步态的控制策略研究 89
4.4.1 延迟反馈控制思想 89
4.4.2 控制器设计的仿生学依据 89
4.4.3 自适应常值驱动与传感反馈结合的仿生行走控制 90
4.4.4 仿真实验 92
4.5 本章小结 95
参考文献 96
第5章 被动动态行走机器人大范围稳定行走控制策略的研究 98
5.1 引言 98
5.2 双足被动动态行走机器人的控制策略 99
5.2.1 角度不变控制 99
5.2.2 基于能量的角度不变控制 101
5.3 有限时间鲁棒轨迹跟踪控制 103
5.3.1 最小能耗参考轨迹的生成 104
5.3.2 最小能耗参考轨迹的数值实验 105
5.3.3 有限时间鲁棒轨迹跟踪控制器 107
5.3.4 有限时间鲁棒轨迹跟踪控制的仿真实验 112
5.4 变路况切换控制 115
5.4.1 控制器设计 115
5.4.2 仿真结果 118
5.5 基于被动动态行走原理的混合控制 124
5.6 大范围稳定行走控制 127
5.6.1 模型描述 127
5.6.2 控制算法 129
5.6.3 稳定性证明 129
5.6.4 仿真实验 130
5.7 本章小结 133
参考文献 134
第6章 被动动态行走机器人速度控制研究 137
6.1 引言 137
6.2 重力场参数与步行速度的关系 138
6.3 基于势能补偿的速度控制 140
6.3.1 控制器设计 140
6.3.2 受控过程的能量分析 142
6.4 速度切换控制 143
6.4.1 控制器设计 143
6.4.2 仿真实验 148
6.5 本章小结 151
参考文献 152
结束语 154
索引 157