本书内容涵盖了轮腿复合与腿臂融合多模式移动操作机器人的机构设计、运动规划与控制方法等相关技术；介绍了四足变拓扑构型机器人和径向对称圆周分布六足机器人，展示了多种轮腿复合、腿臂融合机构与模块化仿生足的设计；阐释了多模式移动操作机器人的步态规划、操作规划、模式切换与轮腿协同路径规划方法；演绎了基于质心运动学的移动操作控制方法、基于惯性中心在SE(3)上指数坐标的多足机器人动力学控制方法及其自适应步态控制技术。
样章试读
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前言
第1章 绪论 1
第2章 移动操作机器人的变拓扑仿生构型设计 5
2.1 马的肢体结构特点和死点支撑效应 5
2.1.1 马前肢和后肢模型 6
2.1.2 地面反作用力对关节力和关节力矩的影响 10
2.1.3 肢体姿态对关节力和关节力矩的影响 13
2.2 径向对称圆周分布六足机器人的设计 16
2.2.1 六足机器人腿的布置方式 16
2.2.2 支撑腿运动学 17
2.2.3 摆动腿运动学 22
2.2.4 整体运动学 23
2.2.5 单腿的尺度综合 31
2.2.6 类昆虫式和类哺乳动物式支撑方式的比较 36
2.3 四足变拓扑机器人的设计与构型切换 41
2.3.1 单腿构型设计 41
2.3.2 构型切换 42
2.3.3 单腿正运动学分析 43
2.3.4 单腿逆运动学分析 45
2.3.5 机械设计 48
第3章 轮腿复合、腿臂融合机构与多功能操作属具设计 50
3.1 机器人轮腿复合机构及结构设计 50
3.2 可实现三自由度与五自由度切换的腿臂融合单分支设计 54
3.2.1 正运动学 55
3.2.2 逆运动学 56
3.2.3 结构及样机设计 57
3.3 可实现三自由度与六自由度切换的腿臂融合单分支设计 58
3.3.1 正运动学 59
3.3.2 逆运动学 60
3.3.3 结构及样机设计 61
3.4 手足一体化设计 62
第4章 模块化仿生机械足设计 65
4.1 适应山地环境行走的大附着力仿岩羊机械足设计 65
4.2 适应松软沙地行走的仿骆驼机械足设计 69
4.3 适应湿软地面行走的仿水牛机械足设计 72
4.4 大附着力仿生攀岩手爪设计 75
第5章 四足变拓扑机器人的步态运动规划 81
5.1 四足机器人步态分类 81
5.2 四足变拓扑机器人的构型切换 82
5.3 仿昆虫摆腿“3+1”步态设计 85
5.3.1 摆动腿序列规划 85
5.3.2 机身运动轨迹规划 87
5.3.3 摆动足足端轨迹规划 88
5.4 仿哺乳动物踢腿Trot步态设计 89
5.4.1 摆动腿序列规划 89
5.4.2 机身速度规划 90
5.4.3 摆动足足端轨迹规划 91
5.5 仿山羊Bound爬坡步态规划 92
5.6 陡坡攀爬静态步态规划 95
第6章 NOROS机器人的多种运动步态与多模式运动切换方法 100
6.1 六足机器人的仿生步态规划 100
6.2 仿昆虫和哺乳动物混合步态在NOROS机器人中的应用 105
6.3 轮腿运动模式的切换 108
6.4 六足机器人的容错步态规划 111
6.4.1 关节锁定的情况 112
6.4.2 一条腿脱落的情况 112
6.4.3 两条腿脱落的情况 112
6.5 六足机器人的翻倒自恢复 114
6.5.1 昆虫的翻倒自恢复 115
6.5.2 六足机器人翻倒自恢复运动规划 115
6.5.3 六足机器人翻倒自恢复运动实现 119
6.5.4 六足机器人翻倒自恢复实验验证 123
第7章 基于序列运动等价机构模型的NOROS机器人运动规划方法 127
7.1 NOROS机器人不同步态的序列运动等价机构 127
7.2 稳定性工作空间分析 128
7.3 六足机器人步幅分析 133
7.4 六足机器人的移动操作规划方法 138
7.4.1 机器人移动单臂操作规划 138
7.4.2 机器人移动双臂操作规划 142
第8章 轮腿多模式协同运动路径规划方法 145
8.1 轮腿协同运动规划系统模型建立 145
8.2 轮式运动的通过性分析 146
8.3 腿式运动的通过性分析 148
8.4 基于Anytime RRT的轮腿混合运动规划 152
8.5 随机采样过程与随机树拓展过程 154
8.6 基于A*算法的分支生长 156
8.7 仿真与实验 160
第9章 机器人的质心运动学公式 164
9.1 质心与其运动学概述 164
9.2 质量位移矩阵 165
9.3 单分支系统质心运动学 169
9.4 多分支系统质心运动学 172
9.5 四足被动轮滑机器人质心运动控制 176
9.6 六足机器人腿臂融合操作运动学控制 179
9.6.1 六足机器人腿臂融合操作运动学分析 179
9.6.2 腿臂融合操作的质心运动学控制方法 185
9.6.3 六足机器人腿臂融合操作仿真及实验 188
第10章 基于惯性中心的机器人动力学控制方法 193
10.1 基于惯性中心在SE(3)上指数坐标的多足机器人动力学 193
10.2 基于惯性中心的动力学在四足机器人动态行走控制中的应用 198
10.2.1 摆动腿控制 198
10.2.2 支撑腿控制 200
10.3 基于惯性中心的动力学在四足被动轮滑机器人控制中的验证 209
10.3.1 机身的运动轨迹规划 211
10.3.2 推地状态与摆动状态的腿分支轨迹规划 212
第11章 多足机器人自适应步态控制技术 218
11.1 自适应步态设计 218
11.2 虚拟支撑平面 219
11.3 基于指数映射在SE(3)空间的机身轨迹规划 220
11.4 摆动分支运动轨迹规划 222
11.5 在多模式六足机器人和四足机器人中的验证 224
参考文献 230
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