仿人機器人建模與控制

譯者序
前言
致謝
第1章緒論
1.1發(fā)展歷史
1.2仿人機器人設計的發(fā)展趨勢
1.2.1仿人機器人的人形特征
1.2.2仿人機器人設計中的權衡
1.2.3仿人機器人的人性化設計
1.3仿人機器人的特征
1.4仿人機器人的相關研究
1.4.1運動冗余、任務約束和最優(yōu)逆運動學解
1.4.2約束多體系統(tǒng)和接觸建模
1.4.3多指手和雙臂操作物體
1.4.4浮動基座上的欠驅(qū)動系統(tǒng)
1.4.5其他相關領域的研究
1.5先修知識和章節(jié)安排
參考文獻
第2章運動學
2.1引言
2.2運動學結(jié)構
2.3正運動學和逆運動學問題
2.4微分運動學
2.4.1運動旋量、空間速度和空間變換
2.4.2正微分運動學
2.4.3逆微分運動學
2.5奇異構型下的微分運動學
2.6可操作性橢球
2.7運動學冗余
2.7.1自運動
2.7.2逆運動學問題的通解
2.7.3加權廣義逆
2.7.4基于梯度投影的冗余分解
2.7.5基于擴展雅可比矩陣的冗余分解
2.8多任務約束下的逆運動學解
2.8.1運動任務約束
2.8.2多任務冗余分解法
2.8.3迭代優(yōu)化法
2.8.4總結(jié)與討論
2.9接觸產(chǎn)生的運動約束
2.9.1接觸關節(jié)
2.9.2接觸坐標系
2.9.3無摩擦接觸關節(jié)的運動學模型
2.10封閉鏈的微分運動學
2.10.1閉環(huán)支鏈的瞬時運動分析
2.10.2逆運動學解
2.10.3正運動學解
2.11仿人機器人的微分運動關系
2.11.1準速度、完整接觸約束和非完整接觸約束
2.11.2基于基礎準速度表示的一階微分運動關系
2.11.3二階微分運動約束及其可積性
2.11.4具有混合準速度的一階微分運動關系
2.11.5總結(jié)與討論
參考文獻
第3章靜力學
3.1引言
3.2力旋量和空間力
3.3接觸關節(jié)：靜力學關系
3.3.1無摩擦接觸關節(jié)的靜力學模型
3.3.2有摩擦的接觸關節(jié)模型
3.3.3接觸關節(jié)的運動/力對偶關系
3.4獨立閉環(huán)鏈的動力學關系
3.4.1接觸力旋量的正交分解
3.4.2閉環(huán)連桿力旋量和根連桿力旋量的正交分解
3.4.3肢體關節(jié)扭矩的分解
3.5力旋量分布問題
3.5.1力旋量分布問題的通解
3.5.2內(nèi)力/內(nèi)力矩：虛擬連桿模型
3.5.3確定環(huán)中的關節(jié)扭矩
3.5.4廣義逆的選擇
3.5.5關節(jié)扭矩分量中的優(yōu)先級
3.6仿人機器人的運動靜力學關系
3.6.1復合剛體及其力旋量
3.6.2相互依賴的閉環(huán)
3.6.3獨立閉環(huán)
3.6.4關節(jié)扭矩的確定
3.6.5說明性示例
3.6.6總結(jié)與討論
3.7靜態(tài)姿勢的穩(wěn)定性和優(yōu)化
3.7.1靜態(tài)姿勢穩(wěn)定性
3.7.2靜態(tài)姿勢優(yōu)化
3.8姿勢描述和對偶關系
參考文獻
第4章動力學
4.1引言
4.2欠驅(qū)動機器人動力學
4.3平面上簡單的欠驅(qū)動模型
4.3.1線性倒立擺模型
4.3.2足部建模：由壓力中心驅(qū)動的質(zhì)心動力學
4.3.3線性反作用輪擺模型和角動量轉(zhuǎn)軸
4.3.4反作用質(zhì)量擺模型
4.3.5平面上的多連桿模型
4.4簡單的三維欠驅(qū)動模型
4.4.1可變長度的三維倒立擺
4.4.2球形足上倒立擺模型和平面上球體模型
4.4.3三維反作用輪擺模型
4.4.4三維反作用質(zhì)量擺模型
4.4.5三維多連桿模型
4.5固定基座機械臂的動力學模型
4.5.1關節(jié)空間坐標下的動力學模型
4.5.2空間坐標下的動力學模型
4.5.3具有動力學解耦分級結(jié)構的零空間動力學
4.6零重力下自由漂浮機械臂的空間動量
4.6.1歷史背景
4.6.2空間動量
4.6.3關節(jié)鎖定：復合剛體
4.6.4關節(jié)解鎖：多體符號
4.6.5自由漂浮機械臂的瞬時運動
4.7基于動量的冗余分解
4.7.1動量平衡原理
4.7.2基于空間動量的冗余分解
4.7.3基于角動量的冗余分解
4.7.4零重力下自由漂浮仿人機器人的運動
4.8零重力下自由漂浮機械臂的運動方程
4.8.1用基座準速度表示
4.8.2用混合準速度表示
4.8.3用質(zhì)心準速度表示
4.9基于反作用零空間的逆動力學
4.10仿人機器人的空間動量
4.11仿人機器人的運動方程
4.12約束力消元法
4.12.1高斯最小約束原理
4.12.2直接消元法
4.12.3Maggi方程（零空間投影法）
4.12.4范圍空間投影法
4.12.5總結(jié)與結(jié)論
4.13運動方程的簡化形式
4.13.1基于關節(jié)空間動力學的表示
4.13.2基于空間動力學的表示（LagrangedAlembert公式）
4.13.3末端連桿空間坐標中的運動方程
4.13.4總結(jié)與討論
4.14逆動力學
4.14.1基于直接消元法/高斯法/Maggi法/投影法
4.14.2基于LagrangedAlembert公式
4.14.3基于關節(jié)空間動力學的消元法
4.14.4總結(jié)與討論
參考文獻
第5章平衡控制
5.1概述
5.2動態(tài)姿勢穩(wěn)定性
5.3足上倒立擺穩(wěn)定性分析
5.3.1外推質(zhì)心和動態(tài)穩(wěn)定裕度
5.3.2外推質(zhì)心動力學
5.3.3具有躍遷的離散狀態(tài)
5.3.4二維動態(tài)穩(wěn)定區(qū)域
5.4平坦地面上的ZMP操作型穩(wěn)定化
5.4.1ZMP操作型穩(wěn)定器
5.4.2基于速度的三維ZMP操作型穩(wěn)定化
5.4.3ZMP調(diào)節(jié)器式穩(wěn)定器
5.4.4存在地面