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(shè)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(shè)計中的權(quán)衡
1.2.3仿人機器人的人性化設(shè)計
1.3仿人機器人的特征
1.4仿人機器人的相關(guān)研究
1.4.1運動冗余、任務(wù)約束和最優(yōu)逆運動學(xué)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(guān)領(lǐng)域的研究
1.5先修知識和章節(jié)安排
參考文獻(xiàn)
第2章運動學(xué)
2.1引言
2.2運動學(xué)結(jié)構(gòu)
2.3正運動學(xué)和逆運動學(xué)問題
2.4微分運動學(xué)
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(xué)
2.4.3逆微分運動學(xué)
2.5奇異構(gòu)型下的微分運動學(xué)
2.6可操作性橢球
2.7運動學(xué)冗余
2.7.1自運動
2.7.2逆運動學(xué)問題的通解
2.7.3加權(quán)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(wù)約束下的逆運動學(xué)解
2.8.1運動任務(wù)約束
2.8.2多任務(wù)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(guān)節(jié)
2.9.2接觸坐標(biāo)系
2.9.3無摩擦接觸關(guān)節(jié)的運動學(xué)模型
2.10封閉鏈的微分運動學(xué)
2.10.1閉環(huán)支鏈的瞬時運動分析
2.10.2逆運動學(xué)解
2.10.3正運動學(xué)解
2.11仿人機器人的微分運動關(guān)系
2.11.1準(zhǔn)速度、完整接觸約束和非完整接觸約束
2.11.2基于基礎(chǔ)準(zhǔn)速度表示的一階微分運動關(guān)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(zhǔn)速度的一階微分運動關(guān)系
2.11.5總結(jié)與討論
參考文獻(xiàn)
第3章靜力學(xué)
3.1引言
3.2力旋量和空間力
3.3接觸關(guān)節(jié)：靜力學(xué)關(guān)系
3.3.1無摩擦接觸關(guān)節(jié)的靜力學(xué)模型
3.3.2有摩擦的接觸關(guān)節(jié)模型
3.3.3接觸關(guān)節(jié)的運動/力對偶關(guān)系
3.4獨立閉環(huán)鏈的動力學(xué)關(guān)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(guān)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(guān)節(jié)扭矩
3.5.4廣義逆的選擇
3.5.5關(guān)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(xué)關(guān)系
3.6.1復(fù)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(guān)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(guān)系
參考文獻(xiàn)
第4章動力學(xué)
4.1引言
4.2欠驅(qū)動機器人動力學(xué)
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(xué)
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(xué)模型
4.5.1關(guān)節(jié)空間坐標(biāo)下的動力學(xué)模型
4.5.2空間坐標(biāo)下的動力學(xué)模型
4.5.3具有動力學(xué)解耦分級結(jié)構(gòu)的零空間動力學(xué)
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(guān)節(jié)鎖定：復(fù)合剛體
4.6.4關(guān)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(zhǔn)速度表示
4.8.2用混合準(zhǔn)速度表示
4.8.3用質(zhì)心準(zhǔn)速度表示
4.9基于反作用零空間的逆動力學(xué)
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(guān)節(jié)空間動力學(xué)的表示
4.13.2基于空間動力學(xué)的表示（LagrangedAlembert公式）
4.13.3末端連桿空間坐標(biāo)中的運動方程
4.13.4總結(jié)與討論
4.14逆動力學(xué)
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(guān)節(jié)空間動力學(xué)的消元法
4.14.4總結(jié)與討論
參考文獻(xiàn)
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(xué)
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