足式仿生机器人归约化动步态控制技术

第1章 绪论

1.1 足式仿生机器人动步态控制研究背景

1.2 足式仿生机器人发展综述

1.3 足式仿生机器人动步态控制研究现状及分析

1.4 本领域存在的关键科学问题

第2章 基于摄动方法的SLIP模型解析化研究

2.1 概述

2.2 SLIP模型的统一化构建

2.3 SLIP模型运动有效性分析

2.4 基于摄动方法的 SLIP模型支撑相解析化研究

2.5 SLIP模型的回归映射与运动稳定性分析

2.6 本章小结

第3章 SLIP模型的参数化分析与顶点运动控制策略研究

3.1 概述

3.2 SLIP模型的运动性能评价指标

3.3 触地角对运动性能的影响分析

3.4 腿部等效刚度对运动性能的影响分析

3.5 SLIP模型的自稳定性与dead-beat控制策略研究

3.6 本章小结

第4章 欠驱动SLIP模型矢状面运动轨迹控制策略研究

4.1 概述

4.2 欠驱动 SLIP模型的构建

4.3 SLIP 模型矢状面运动的虚拟约束设计

4.4 基于动态逆的矢状面隐式轨迹跟踪控制研究

4.5 欠驱动SLIP模型的矢状面运动控制策略研究

4.6 本章小结

第5章 基于SLIP模型的足式仿生机器人动步态层次化运动控制研究

5.1 概述

5.2 基于SLIP模型的层次化控制架构

5.3 单足仿生机器人跳跃步态的运动控制与实现

5.4 双足仿生机器人奔跑步态的运动控制与实现

5.5 四足仿生机器人奔驰步态的运动控制与实现

5.6 本章小结

结论

参考文献

名词索引

第1章绪论

1.1足式仿生机器人动步态控制研究背景

行走、跳跃和奔跑是人和动物最为常见的运动方式。从生物进化的角度分析陆生动物丰富的运动模式,是物种经过长期自然进化,并通过不断在与环境的交互过程中进行自身更新与完善的优化产物。作为兼顾运动高效能与环境适应性的运动模式，足式运动被众多科学家、工程师,特别是机器人学者广泛关注，众多计算机、电气与机械工程领域的先驱们通力合作,倾尽毕生精力研制步行机械(walking machine),将作家Issac Asimov所描述的“拟人化”机器人Robot变为现实。足式仿生机器人正是在此背景下应运而生的从1973年早稻田大学Kato Ichiro研制的双足仿生机器人WABOT-I到本田高等技术研究院于1996年推出的世界上首台具有稳定双足行走步态的仿人机器人P2,从1968年通用电气公司 Ralph Mosher研制的四足步行机器人Walking Truk 到2005年美国波士顿动力公司推出的高性能四足仿生机器人BigDog,得益于材料、电气、计算机和控制科学关键技术的突破与理论的日益完善,足式仿生机器人在近半个世纪的发展历程中迅速崛起。仿生机器人如何实用化这个极具挑战性的现实问题已逐步得到解决，机器人已不再局限在理想的实验室环境，正形成规模地走进人类社会，在家庭娱乐、工业生产、物资运输、反恐侦查、高危环境中扮演着不可替代的角色。在21世纪这个由生命、信息、材料和认知科学等交叉领域催生的科学变革时代,机器人及其相关技术将引领全新的工程技术发展,为实现人类与自然的良性发展,促进人类社会的进步提供物质支持与技术保障。

足式仿生机器人具有重要的理论研究价值和广阔的实际应用前景。足式仿生机器人研究的关键问题几乎囊括了工业技术的各个领域，相比于已在工业现场得到大规模应用的传统工业机器人，足式仿生机器人独特的构型特征与工作模式给机器人本体的设计、制造和控制带来诸多技术挑战。

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