人形机器人
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浙江嘉兴
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作者编者:(日)梶田秀司|译者:冷春涛//曹旸//曹其新
出版社机械工业
ISBN9787111757207
出版时间2024-07
装帧平装
开本其他
定价79元
货号32142766
上书时间2024-11-05
商品详情
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作者简介
梶田秀司是日本的机器人研究者，获得东京工业大学工学博士学位。在产业技术综合研究所开发了人类机器人HRP-2和HRP-4C。实现了基于倒立摆的双足行走机器人的控制，以及基于运动量和角动量的人形机器人的全身控制。<br/>他曾在东京工业大学机器人技术研究会工作，也担任过产业技术综合研究所机械技术研究所主任研究员,日本产业技术综合研究所智能系统研究部门主任研究员，现为中部大学的客座教授。
目录
CONTENTS<br /><br />目录<br /><br /><br />第2版前言<br /><br />第1版前言<br /><br />第1章人形机器人概论111人形机器人简介1<br /><br />111什么是人形机器人1<br /><br />112人形机器人历史2<br /><br />12本书章节内容4<br /><br />13人形机器人的研发动向5<br /><br />131人类合作、共存型机<br />器人系统研发项目<br />（1998—2002）5<br /><br />132类人形机器人研究<br />的扩大与扩展<br />（2005—2012）6<br /><br />133核电站事故与DARPA<br />机器人挑战赛<br />(2011—2015)10<br /><br />134DRC之后<br />（2015—2020）14<br /><br />14展望17<br /><br />15拓展：相关书籍17<br />第2章机器人运动学1921坐标变换19<br /><br /><br />211世界坐标系20<br /><br />212局部坐标系和同次<br />变换矩阵20<br /><br />213基于一个局部坐标<br />系定义另一个局部<br />坐标系22<br /><br />214同次变换矩阵的<br />链式法则24<br /><br />22旋转运动的性质24<br /><br />221滚转、俯仰、偏转<br />的表现方式24<br /><br />222旋转矩阵的含义26<br /><br />223旋转矩阵的逆矩阵26<br /><br />224角速度向量27<br /><br />225旋转矩阵的微分和角<br />速度向量的关系30<br /><br />226角速度向量的积分和<br />旋转矩阵的关系31<br /><br />227矩阵对数函数32<br /><br />23物体在三维空间的速度<br />和角速度33<br /><br />231单个物体的速度和<br />角速度33<br /><br />232两个物体的速度和<br />角速度34<br /><br />24人形机器人的分割方法<br />和控制程序36<br /><br /><br />241分割方法36<br /><br />242控制程序38<br /><br />25人形机器人的运动学40<br /><br />251模型的生成方法40<br /><br />252从关节角度求连杆<br />位置和姿态:正向<br />运动学42<br /><br />253从连杆的位置和<br />姿态求关节角度：<br />反向运动学44<br /><br />254反向运动学的数值<br />解法47<br /><br />255雅可比52<br /><br />256雅可比的关节速度53<br /><br />257奇异姿态56<br /><br />258针对奇异姿态的<br />反向运动学计算57<br /><br />259使用余因子矩阵<br />的方法60<br /><br />26拓展：辅助函数61<br />第3章ZMP和机器人动<br /><br />力学63<br />31ZMP和地面反作用力63<br /><br />311ZMP63<br /><br />312二维解析65<br /><br />313三维解析67<br /><br />32ZMP的测量70<br /><br />321一般的情况71<br /><br />322单脚支撑下的ZMP72<br /><br />323双脚支撑下的ZMP75<br /><br />33人形机器人的动力学76<br /><br />331人形机器人的运动<br />与地面反作用力76<br /><br />332动量78<br /><br />333角动量79<br /><br />334刚体的角动量和惯<br />性张量81<br /><br />335计算整个机器人的<br />重心位置83<br /><br />336计算机器人全身的<br />动量83<br /><br />337计算机器人全身的<br />角动量84<br /><br />34根据机器人的运动计算<br />ZMP85<br /><br />341导出ZMP85<br /><br />342近似计算ZMP86<br /><br />35关于ZMP的注意事项88<br /><br />351两个种类的说明88<br /><br />352在重心的加速运动<br />中ZMP会脱离支撑<br />多边形吗89<br /><br />353ZMP无法处理的<br />情况90<br /><br />36ZMP的六维扩展CWS91<br /><br />361接触力螺旋和CWS<br />的接触稳定性判定91<br /><br />362ZMP和CWS的等<br />价性95<br /><br />363CWC的楼梯接触<br />稳定性判定99<br /><br />37拓展:凸集和凸包100<br /><br />371凸集 （convex set）100<br /><br />372凸包 (convex hull)<br />100<br />第4章双足行走102<br />41如何实现双足行走102<br /><br />42二维步态模式103<br /><br />421倒立摆103<br /><br />422线性倒立摆的动作106<br /><br />423轨道能108<br /><br />424通过切换支撑腿<br />进行控制109<br /><br />425规划一个简单的<br />步态模式110<br /><br />426扩展到不平表面112<br /><br />43三维步态模式115<br /><br />431三维线性倒立摆115<br /><br />432生成三维步态<br />模式117<br /><br />433引入双腿支撑期124<br /><br />434从线性倒立摆到<br />多连杆模型126<br /><br />435应用于实际机<br />器人126<br /><br />44生成以ZMP为规<br/>范的步态模式128<br /><br />441台面/小车模型128<br /><br />442离线生成步态模式130<br /><br />443在线生成步态模式132<br /><br />444使用预见控制的<br />动力学滤波器137<br /><br />45步态稳定控制系统139<br /><br />451重心和ZMP测量140<br /><br />452重心和ZMP反馈143<br /><br />453ZMP分配144<br /><br />454地面反作用力<br />控制147<br /><br />455稳定控制的实<br />际情况149<br /><br />46步态稳定控制理论151<br /><br />461小车倒立摆<br />模型152<br /><br />462线性倒立摆的自<br />由运动153<br /><br />463通过ZMP反馈控<br />制实现稳定157<br /><br />464饱和ZMP反馈<br />控制159<br /><br />465最佳重心ZMP<br />调节器163<br /><br />466利用极点配置法<br />计算增益165<br /><br />467DCM和捕获点168<br /><br />468其他步态稳定控<br />制方法172<br /><br />47实现双足行走的各种<br />方法176<br /><br />471被动步行176<br /><br />472非线性振荡器、<br />CPG176<br /><br />473学习、进化计算177<br /><br />第5章人形机器人全身运动<br /><br />模式的建立178<br />51建立全身运动模式178<br /><br />52生成粗略的全身<br />运动模式的方法181<br /><br />521动作捕获法181<br /><br />522GUI法182<br /><br />523快速高阶空间搜<br />索法182<br /><br />53转换为确保稳定性的全身<br />运动模式的方法183<br /><br />531动力学滤波器184<br /><br />532自动平衡器184<br /><br />533躯干补偿轨迹计算<br />算法185<br /><br />54具有多点接触的人形机<br />器人全身运动的生成187<br /><br />541多点接触动作<br />规划187<br /><br />542实现多点接触动作<br />的控制189<br /><br />55人形机器人全身运动<br />的远程操作法190<br /><br />551采用操作点切换<br />的全身运动远程<br />操作法190<br /><br />552通过分解动量控<br />制生成确保稳定<br />性的全身运动模<br />式的方法191<br /><br />553在人形机器人HRP2<br />上实验194<br /><br />56人形机器人向后跌倒<br />时的减震动作197<br /><br />57人形机器人的跌倒<br />恢复动作199<br />第6章动力学仿真203<br />61刚体旋转运动的动<br />力学203<br /><br />611欧拉运动方程204<br /><br />612旋转运动的仿真204<br /><br />62空间速度向量206<br /><br />621空间速度向量的<br />定义207<br /><br />622空间速度向量的<br />积分208<br /><br />63刚体平移和旋转运动<br />的动力学210<br /><br />631牛顿欧拉方程210<br /><br />632使用空间速度时<br />的动力学210<br /><br />633基于空间速度的<br />刚体运动模拟211<br /><br />634陀螺的模拟212<br /><br />64刚性连杆系统的动<br />力学215<br /><br />641考虑加速度的正<br />向运动学215<br /><br />642刚性连杆系统的<br />反向动力学217<br /><br />643刚性连杆系统的<br />正向动力学219<br /><br />644使用Featherstone方<br />法的正向动力学222<br /><br />65综合机器人模拟器<br />Choreonoid224<br /><br />66拓展227<br /><br />661力和力矩的处理227<br /><br />662辅助函数228<br />参考文献232<br /><br /><br /><br />
内容摘要
本书结合人形机器人研究中各类先进方法，系统地介绍了驱动人形机器人运动的基础知识、推导过程以及应用案例，阐述了人形机器人的运动学、动力学表示方法，解释了ZMP的概念及其与地面反作用力的关系，描述了人形机器人双足行走行为的生成和控制方法，并拓展了其他多种动作的实现方法，最后介绍了动力学建模、仿真和高效动力学的计算方法。
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