雙足機器人行走控制與優化 ( 簡體 字) |
| 作者：陳啟軍、劉成菊 | 類別：1. -> 電子工程 -> 機器人 |
| 譯者： |
| 出版社：清華大學出版社 |  3dWoo書號： 44822
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NT售價： 295 元 |
| 出版日：9/1/2016 |
| 頁數：198 |
| 光碟數：0 |
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| 印刷：黑白印刷 | 語系： ( 簡體 版 ) |
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| ISBN：9787302436553 |
| 作者序 | 譯者序 | 前言 | 內容簡介 | 目錄 | 序 |
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| 作者序： |
| 譯者序： |
前言：
前言
智能服務機器人對機器人的基本要求是機器人能夠在人所處的環境中工作，使用人所使用的工具并能與人類和諧相處。在這一點上，雙足機器人與輪式、履帶式、多足等類型的機器人相比，具有更好的地面適應能力和靈活性。雙足機器人若要在人類和自然環境中完成各種任務，其中最基本的一個生存能力便是靈活穩健的行走能力。只有具備了靈活穩健的行走能力，仿人機器人才能完成諸如端茶倒水、搬運重物及與人交互娛樂的任務，并能在不確定干擾和各種意外情況下保證人類、自身和周圍設備的安全。
整體來講，目前的雙足機器人行走控制主要基于編程機制，步態規劃的研究主要集中在軌跡的離線規劃，這種規劃模式在一定程度上限制了步行的靈活性。自然界的生物經過長期與自然環境的磨合，形成了復雜的、適應各種外界環境的高性能結構特征或體表形態，這些結構特征或體表形態為仿生設計提供了包括宏觀和微觀的結構原型。對生物內在感知、控制與平衡機制的模仿將會成為機器人控制和智能研究的重要方向。針對這一研究方向，近些年我們一直堅持不懈地研究和探索，在雙足行走方面取得了一些有益的積累和進展。回顧目前國內外的研究現狀，感覺有必要較完整地針對雙足機器人的行走問題，將研究團隊近些年在該領域的研究思想、理論方法以及研究成果做一系統的整理和總結，所以撰寫此書為同行學者提供研究和學習的參考，希望本書能引起更多的研究學者和青年科技人員對雙足機器人的興趣并進一步深入探索研究。如果達到這一目的，那么該書的出版就獲得了成功。
本書的主要內容來自劉成菊、許濤、陳毅鴻、安康的博士學位論文，由陳啟軍、劉成菊匯總整理。本書第2章簡要介紹雙足機器人運動學、動力學方面基礎知識。第3章研究雙足機器人的全向行走軌跡規劃方法。第4章研究借鑒人類本身魯棒行走過程中的各種平衡技巧機理和技巧學習能力，克服目前機器人行走控制無法滿足自然和人類生活環境應用的魯棒性要求的問題，著重研究利用動態落腳點修改補償機器人平衡的雙足機器人主動平衡技巧。第5章研究如何實現符合固有約束下的雙足機器人的實時運動控制，擬通過模仿、學習以及借鑒人類全身運動中的各種技巧機理和學習方法，克服目前機器人全身控制中無法滿足自然和人類生活環境應用實時性要求的問題，實現雙足機器人在不確定環境下的全身運動。第6章基于中樞模式發生器機理研究雙足機器人的仿生控制方法。目前國內外的一些研究成果表明，基于中樞模式發生機制設計的控制策略對外界環境的變化及干擾具有一定的自適應性。但對于雙足機器人，如何將該機理的優越性應用到其行走控制中，是目前仿生控制的一個瓶頸問題。目前的研究多停留在模擬仿真階段，或者僅對雙足機器人的某些關節的節律運動進行控制。針對如何在雙足機器人的行走控制中充分利用中樞模式發生機制的特點來提高機器人行走的環境適應性，我們提出了新穎的控制策略，較好地解決這一瓶頸問題，該機理在雙足機器人行走控制中的優勢得到充分體現。
本書的理論與實驗成果是在國家自然科學基金項目“節律拟技巧混合驅動的機器人行走機理研究及實驗驗證”(基金編號： 60875057)，“受CPG機理啟發的兩足機器人適應性行走控制方法研究和實驗驗證” (基金編號： 61203344)，“仿人機器人平衡技巧學習與優化研究及實驗驗證” (基金編號： 61573260)等的支持下完成的，在此向國家自然科學基金委員會表示感謝。
限于作者的水平，書中難免存在疏漏和不足，懇請專家和讀者諒解和指教。
陳啟軍2016年5月于同濟大學
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內容簡介：本書內容主要是針對雙足機器人的運動規劃和行為優化，共分7章。第1章介紹人類的行走進化史、雙足機器人的發展歷程以及行走控制研究現狀； 第2章闡述了雙足機器人的運動學和動力學； 從第3章開始以雙足機器人NAO為例研究了雙足機器人目前存在的一些挑戰性的問題： 包括第3章的全向行走； 第4章研究了雙足機器人的平衡技巧學習與優化方法，提出了一種基于異方差稀疏高斯過程模型的非參數落腳點補償器方法； 第5章研究了雙足機器人固有約束下的實時全身運動規劃； 第6章主要解決了如何將中樞模式發生器機理應用到雙足機器人來提高機器人行走的環境適應性； 第7章初步探討了基于被動原理的雙足機器人動態行走。
本書是為廣大從事機器人，特別是雙足機器人方向研究的學者和青年科技人員所撰寫的，也可供相關專業高年級本科生和研究生參考。 |
目錄：第1章引言1.1人類行走進化史 1.2機器人的發展歷程 1.3行走控制 1.4內容安排 第2章雙足機器人的運動學和動力學 2.1運動學 2.1.1關節結構描述 2.1.2幾何運動學 2.1.3微分運動學 2.2動力學 2.2.1連桿結構的動力學描述 2.2.2動態穩定性 2.2.3動力學模型 2.3小結 第3章全向行走軌跡規劃 3.1支撐腳運動軌跡 3.2游腳運動軌跡 3.3全向落腳規劃 3.4關節能耗優化 3.5小結 第4章平衡技巧 4.1引言 4.2基于落腳點補償的平衡技巧 4.2.1線性落腳點補償 4.2.2非參數落腳點補償器模型 4.2.3典型實驗分析 4.3基于任務空間的平衡技巧 4.3.1任務空間運動控制 4.3.2解析動量補償 4.3.3動態任務分配 4.3.4實驗分析 4.4小結 第5章固有約束下的全身運動規劃 5.1引言 5.2自碰撞約束與目標軌跡融合 5.2.1實時自碰撞檢測 5.2.2包圍體對篩選 5.2.3約束避免 5.2.4實驗分析 5.3基于動量控制的運動規劃 5.3.1動量控制算法 5.3.2末端軌跡規劃 5.3.3實驗分析 5.4帶約束在線示教跟蹤 5.4.1人體運動模型映射 5.4.2關節約束描述 5.4.3實驗分析 5.5約束下的機器人工作空間求解 5.5.1固有約束描述 5.5.2蒙特卡洛法 5.6小結 第6章仿生控制 6.1引言 6.2中樞模式發生器(CPG) 6.2.1工程模型 6.2.2Matsuoka模型特性分析 6.2.3工程應用基本方法 6.3工作空間軌跡在線調制方法 6.3.1質心軌跡發生器 6.3.2游腳軌跡調制 6.3.3平地行走步態進化 6.3.4坡面環境適應性分析 6.4質心軌跡和游腳軌跡的在線生成與優化 6.4.1游腳軌跡在線生成 6.4.2環境適應性分析 6.4.3步態參數優化 6.4.4實驗分析 6.5小結 第7章基于被動原理的雙足機器人動態行走 7.1被動步態描述與分析 7.1.1模型概述 7.1.2支撐足約束 7.1.3足地碰撞 7.1.4步態的周期性 7.1.5步態的穩定性 7.2最小能耗下的平地行走 7.2.1模型分析 7.2.2高效行走步態的求解 7.2.3高效行走步態分析 7.3小結 參考文獻 |
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