目錄
前言
第1章 緒論 1
第2章 移動操作機器人的變拓撲仿生構型設計 5
2.1 馬的肢體結構特點和死點支撐效應 5
2.1.1 馬前肢和后肢模型 6
2.1.2 地面反作用力對關節(jié)力和關節(jié)力矩的影響 10
2.1.3 肢體姿態(tài)對關節(jié)力和關節(jié)力矩的影響 13
2.2 徑向對稱圓周分布六足機器人的設計 16
2.2.1 六足機器人腿的布置方式 16
2.2.2 支撐腿運動學 17
2.2.3 擺動腿運動學 22
2.2.4 整體運動學 23
2.2.5 單腿的尺度綜合 31
2.2.6 類昆蟲式和類哺乳動物式支撐方式的比較 36
2.3 四足變拓撲機器人的設計與構型切換 41
2.3.1 單腿構型設計 41
2.3.2 構型切換 42
2.3.3 單腿正運動學分析 43
2.3.4 單腿逆運動學分析 45
2.3.5 機械設計 48
第3章 輪腿復合、腿臂融合機構與多功能操作屬具設計 50
3.1 機器人輪腿復合機構及結構設計 50
3.2 可實現三自由度與五自由度切換的腿臂融合單分支設計 54
3.2.1 正運動學 55
3.2.2 逆運動學 56
3.2.3 結構及樣機設計 57
3.3 可實現三自由度與六自由度切換的腿臂融合單分支設計 58
3.3.1 正運動學 59
3.3.2 逆運動學 60
3.3.3 結構及樣機設計 61
3.4 手足一體化設計 62
第4章 模塊化仿生機械足設計 65
4.1 適應山地環(huán)境行走的大附著力仿巖羊機械足設計 65
4.2 適應松軟沙地行走的仿駱駝機械足設計 69
4.3 適應濕軟地面行走的仿水牛機械足設計 72
4.4 大附著力仿生攀巖手爪設計 75
第5章 四足變拓撲機器人的步態(tài)運動規(guī)劃 81
5.1 四足機器人步態(tài)分類 81
5.2 四足變拓撲機器人的構型切換 82
5.3 仿昆蟲擺腿“3+1”步態(tài)設計 85
5.3.1 擺動腿序列規(guī)劃 85
5.3.2 機身運動軌跡規(guī)劃 87
5.3.3 擺動足足端軌跡規(guī)劃 88
5.4 仿哺乳動物踢腿Trot步態(tài)設計 89
5.4.1 擺動腿序列規(guī)劃 89
5.4.2 機身速度規(guī)劃 90
5.4.3 擺動足足端軌跡規(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機器人的多種運動步態(tài)與多模式運動切換方法 100
6.1 六足機器人的仿生步態(tài)規(guī)劃 100
6.2 仿昆蟲和哺乳動物混合步態(tài)在NOROS機器人中的應用 105
6.3 輪腿運動模式的切換 108
6.4 六足機器人的容錯步態(tài)規(guī)劃 111
6.4.1 關節(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 六足機器人的翻倒自恢復 114
6.5.1 昆蟲的翻倒自恢復 115
6.5.2 六足機器人翻倒自恢復運動規(guī)劃 115
6.5.3 六足機器人翻倒自恢復運動實現 119
6.5.4 六足機器人翻倒自恢復實驗驗證 123
第7章 基于序列運動等價機構模型的NOROS機器人運動規(guī)劃方法 127
7.1 NOROS機器人不同步態(tài)的序列運動等價機構 127
7.2 穩(wěn)定性工作空間分析 128
7.3 六足機器人步幅分析 133
7.4 六足機器人的移動操作規(guī)劃方法 138
7.4.1 機器人移動單臂操作規(guī)劃 138
7.4.2 機器人移動雙臂操作規(guī)劃 142
第8章 輪腿多模式協同運動路徑規(guī)劃方法 145
8.1 輪腿協同運動規(guī)劃系統(tǒng)模型建立 145
8.2 輪式運動的通過性分析 146
8.3 腿式運動的通過性分析 148
8.4 基于Anytime RRT的輪腿混合運動規(guī)劃 152
8.5 隨機采樣過程與隨機樹拓展過程 154
8.6 基于A*算法的分支生長 156
8.7 仿真與實驗 160
第9章 機器人的質心運動學公式 164
9.1 質心與其運動學概述 164
9.2 質量位移矩陣 165
9.3 單分支系統(tǒng)質心運動學 169
9.4 多分支系統(tǒng)質心運動學 172
9.5 四足被動輪滑機器人質心運動控制 176
9.6 六足機器人腿臂融合操作運動學控制 179
9.6.1 六足機器人腿臂融合操作運動學分析 179
9.6.2 腿臂融合操作的質心運動學控制方法 185
9.6.3 六足機器人腿臂融合操作仿真及實驗 188
第10章 基于慣性中心的機器人動力學控制方法 193
10.1 基于慣性中心在SE(3)上指數坐標的多足機器人動力學 193
10.2 基于慣性中心的動力學在四足機器人動態(tài)行走控制中的應用 198
10.2.1 擺動腿控制 198
10.2.2 支撐腿控制 200
10.3 基于慣性中心的動力學在四足被動輪滑機器人控制中的驗證 209
10.3.1 機身的運動軌跡規(guī)劃 211
10.3.2 推地狀態(tài)與擺動狀態(tài)的腿分支軌跡規(guī)劃 212
第11章 多足機器人自適應步態(tài)控制技術 218
11.1 自適應步態(tài)設計 218
11.2 虛擬支撐平面 219
11.3 基于指數映射在SE(3)空間的機身軌跡規(guī)劃 220
11.4 擺動分支運動軌跡規(guī)劃 222
11.5 在多模式六足機器人和四足機器人中的驗證 224
參考文獻 230