目錄
前言
第1章 緒論 1
第2章 移動(dòng)操作機(jī)器人的變拓?fù)浞律鷺?gòu)型設(shè)計(jì) 5
2.1 馬的肢體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和死點(diǎn)支撐效應(yīng) 5
2.1.1 馬前肢和后肢模型 6
2.1.2 地面反作用力對(duì)關(guān)節(jié)力和關(guān)節(jié)力矩的影響 10
2.1.3 肢體姿態(tài)對(duì)關(guān)節(jié)力和關(guān)節(jié)力矩的影響 13
2.2 徑向?qū)ΨQ圓周分布六足機(jī)器人的設(shè)計(jì) 16
2.2.1 六足機(jī)器人腿的布置方式 16
2.2.2 支撐腿運(yùn)動(dòng)學(xué) 17
2.2.3 擺動(dòng)腿運(yùn)動(dòng)學(xué) 22
2.2.4 整體運(yùn)動(dòng)學(xué) 23
2.2.5 單腿的尺度綜合 31
2.2.6 類昆蟲式和類哺乳動(dòng)物式支撐方式的比較 36
2.3 四足變拓?fù)錂C(jī)器人的設(shè)計(jì)與構(gòu)型切換 41
2.3.1 單腿構(gòu)型設(shè)計(jì) 41
2.3.2 構(gòu)型切換 42
2.3.3 單腿正運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 43
2.3.4 單腿逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 45
2.3.5 機(jī)械設(shè)計(jì) 48
第3章 輪腿復(fù)合、腿臂融合機(jī)構(gòu)與多功能操作屬具設(shè)計(jì) 50
3.1 機(jī)器人輪腿復(fù)合機(jī)構(gòu)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 50
3.2 可實(shí)現(xiàn)三自由度與五自由度切換的腿臂融合單分支設(shè)計(jì) 54
3.2.1 正運(yùn)動(dòng)學(xué) 55
3.2.2 逆運(yùn)動(dòng)學(xué) 56
3.2.3 結(jié)構(gòu)及樣機(jī)設(shè)計(jì) 57
3.3 可實(shí)現(xiàn)三自由度與六自由度切換的腿臂融合單分支設(shè)計(jì) 58
3.3.1 正運(yùn)動(dòng)學(xué) 59
3.3.2 逆運(yùn)動(dòng)學(xué) 60
3.3.3 結(jié)構(gòu)及樣機(jī)設(shè)計(jì) 61
3.4 手足一體化設(shè)計(jì) 62
第4章 模塊化仿生機(jī)械足設(shè)計(jì) 65
4.1 適應(yīng)山地環(huán)境行走的大附著力仿巖羊機(jī)械足設(shè)計(jì) 65
4.2 適應(yīng)松軟沙地行走的仿駱駝機(jī)械足設(shè)計(jì) 69
4.3 適應(yīng)濕軟地面行走的仿水牛機(jī)械足設(shè)計(jì) 72
4.4 大附著力仿生攀巖手爪設(shè)計(jì) 75
第5章 四足變拓?fù)錂C(jī)器人的步態(tài)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃 81
5.1 四足機(jī)器人步態(tài)分類 81
5.2 四足變拓?fù)錂C(jī)器人的構(gòu)型切換 82
5.3 仿昆蟲擺腿“3+1”步態(tài)設(shè)計(jì) 85
5.3.1 擺動(dòng)腿序列規(guī)劃 85
5.3.2 機(jī)身運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃 87
5.3.3 擺動(dòng)足足端軌跡規(guī)劃 88
5.4 仿哺乳動(dòng)物踢腿Trot步態(tài)設(shè)計(jì) 89
5.4.1 擺動(dòng)腿序列規(guī)劃 89
5.4.2 機(jī)身速度規(guī)劃 90
5.4.3 擺動(dòng)足足端軌跡規(guī)劃 91
5.5 仿山羊Bound爬坡步態(tài)規(guī)劃 92
5.6 陡坡攀爬靜態(tài)步態(tài)規(guī)劃 95
第6章 NOROS機(jī)器人的多種運(yùn)動(dòng)步態(tài)與多模式運(yùn)動(dòng)切換方法 100
6.1 六足機(jī)器人的仿生步態(tài)規(guī)劃 100
6.2 仿昆蟲和哺乳動(dòng)物混合步態(tài)在NOROS機(jī)器人中的應(yīng)用 105
6.3 輪腿運(yùn)動(dòng)模式的切換 108
6.4 六足機(jī)器人的容錯(cuò)步態(tài)規(guī)劃 111
6.4.1 關(guān)節(jié)鎖定的情況 112
6.4.2 一條腿脫落的情況 112
6.4.3 兩條腿脫落的情況 112
6.5 六足機(jī)器人的翻倒自恢復(fù) 114
6.5.1 昆蟲的翻倒自恢復(fù) 115
6.5.2 六足機(jī)器人翻倒自恢復(fù)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃 115
6.5.3 六足機(jī)器人翻倒自恢復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn) 119
6.5.4 六足機(jī)器人翻倒自恢復(fù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 123
第7章 基于序列運(yùn)動(dòng)等價(jià)機(jī)構(gòu)模型的NOROS機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法 127
7.1 NOROS機(jī)器人不同步態(tài)的序列運(yùn)動(dòng)等價(jià)機(jī)構(gòu) 127
7.2 穩(wěn)定性工作空間分析 128
7.3 六足機(jī)器人步幅分析 133
7.4 六足機(jī)器人的移動(dòng)操作規(guī)劃方法 138
7.4.1 機(jī)器人移動(dòng)單臂操作規(guī)劃 138
7.4.2 機(jī)器人移動(dòng)雙臂操作規(guī)劃 142
第8章 輪腿多模式協(xié)同運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃方法 145
8.1 輪腿協(xié)同運(yùn)動(dòng)規(guī)劃系統(tǒng)模型建立 145
8.2 輪式運(yùn)動(dòng)的通過(guò)性分析 146
8.3 腿式運(yùn)動(dòng)的通過(guò)性分析 148
8.4 基于Anytime RRT的輪腿混合運(yùn)動(dòng)規(guī)劃 152
8.5 隨機(jī)采樣過(guò)程與隨機(jī)樹拓展過(guò)程 154
8.6 基于A*算法的分支生長(zhǎng) 156
8.7 仿真與實(shí)驗(yàn) 160
第9章 機(jī)器人的質(zhì)心運(yùn)動(dòng)學(xué)公式 164
9.1 質(zhì)心與其運(yùn)動(dòng)學(xué)概述 164
9.2 質(zhì)量位移矩陣 165
9.3 單分支系統(tǒng)質(zhì)心運(yùn)動(dòng)學(xué) 169
9.4 多分支系統(tǒng)質(zhì)心運(yùn)動(dòng)學(xué) 172
9.5 四足被動(dòng)輪滑機(jī)器人質(zhì)心運(yùn)動(dòng)控制 176
9.6 六足機(jī)器人腿臂融合操作運(yùn)動(dòng)學(xué)控制 179
9.6.1 六足機(jī)器人腿臂融合操作運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 179
9.6.2 腿臂融合操作的質(zhì)心運(yùn)動(dòng)學(xué)控制方法 185
9.6.3 六足機(jī)器人腿臂融合操作仿真及實(shí)驗(yàn) 188
第10章 基于慣性中心的機(jī)器人動(dòng)力學(xué)控制方法 193
10.1 基于慣性中心在SE(3)上指數(shù)坐標(biāo)的多足機(jī)器人動(dòng)力學(xué) 193
10.2 基于慣性中心的動(dòng)力學(xué)在四足機(jī)器人動(dòng)態(tài)行走控制中的應(yīng)用 198
10.2.1 擺動(dòng)腿控制 198
10.2.2 支撐腿控制 200
10.3 基于慣性中心的動(dòng)力學(xué)在四足被動(dòng)輪滑機(jī)器人控制中的驗(yàn)證 209
10.3.1 機(jī)身的運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃 211
10.3.2 推地狀態(tài)與擺動(dòng)狀態(tài)的腿分支軌跡規(guī)劃 212
第11章 多足機(jī)器人自適應(yīng)步態(tài)控制技術(shù) 218
11.1 自適應(yīng)步態(tài)設(shè)計(jì) 218
11.2 虛擬支撐平面 219
11.3 基于指數(shù)映射在SE(3)空間的機(jī)身軌跡規(guī)劃 220
11.4 擺動(dòng)分支運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃 222
11.5 在多模式六足機(jī)器人和四足機(jī)器人中的驗(yàn)證 224
參考文獻(xiàn) 230