双足机器人行走控制与优化 pdf epub mobi txt 电子书下载 2025

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陈启军，刘成菊著

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机器人控制
双足机器人
行走控制
优化算法
运动规划
控制系统
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嵌入式系统
MATLAB仿真

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出版社：清华大学出版社

ISBN：9787302436553

版次：1

商品编码：11954479

包装：平装

开本：16开

出版时间：2016-07-01

用纸：胶版纸

页数：199

字数：324000

具体描述

编辑推荐

　　智能服务机器人对机器人的基本要求是机器人能够在人所处的环境中工作，使用人所使用的工具并能与人类和谐相处。在这一点上，双足机器人与轮式、履带式、多足等类型的机器人相比，具有更好的地面适应能力和灵活性。而要使双足机器人能够在日常环境中完成各种任务，除了要使其能感知、理解外界环境，定位、导航外，更基本的是要求其能在安全、稳定、低能耗等指标下完成从当前位置到目标位置的移动，通过快速的改变运动姿态以绕开障碍物并在移动的同时完成搬运、推拉等行为。

内容简介

　　本书内容主要是针对双足机器人的运动规划和行为优化，共分7章。第1章介绍人类的行走进化史、双足机器人的发展历程以及行走控制研究现状；第2章阐述了双足机器人的运动学和动力学；从第3章开始以双足机器人NAO为例研究了双足机器人目前存在的一些挑战性的问题：包括第3章的全向行走；第4章研究了双足机器人的平衡技巧学习与优化方法，提出了一种基于异方差稀疏高斯过程模型的非参数落脚点补偿器方法；第5章研究了双足机器人固有约束下的实时全身运动规划；第6章主要解决了如何将中枢模式发生器机理应用到双足机器人来提高机器人行走的环境适应性；第7章初步探讨了基于被动原理的双足机器人动态行走。

　　本书是为广大从事机器人，特别是双足机器人方向研究的学者和青年科技人员所撰写的，也可供相关专业高年级本科生和研究生参考。

《足端力精确调控及其对行走稳定性的影响研究》一、引言足端力，作为机器人足部与地面接触时产生的反作用力，是理解和控制机器人行走行为的关键物理量。它不仅直接影响着机器人的运动姿态、步态的平稳性，更是实现复杂动态行走任务（如越障、攀爬、原地转向等）的基础。长期以来，机器人行走控制的研究主要集中在如何生成平滑的轨迹、如何保持身体的平衡等方面，而对足端力本身的精确测量、分析和主动调控的关注相对较少，尤其是在探索其与行走稳定性之间深层联系的研究尚有不足。近年来，随着传感器技术、计算能力以及控制算法的飞速发展，对足端力进行高精度实时测量的能力已成为可能。这为深入理解足端力在行走过程中的作用机制提供了坚实的基础。足端力的大小、方向、作用点以及其随时间的变化规律，都蕴含着丰富的运动信息。例如，适度的足端力可以提供推进和支撑力，而过大或过小的足端力则可能导致不稳定甚至跌倒。更重要的是，通过主动调控足端力，我们可以在一定程度上弥补模型误差、适应未知地形，从而显著提升机器人的行走鲁棒性。本研究正是基于这一背景，旨在深入挖掘足端力在双足机器人行走中的作用，并在此基础上，提出一套以足端力精确调控为核心的行走控制策略，以期显著提升机器人的行走稳定性。我们将从理论建模、仿真分析到实验验证，系统地探索足端力与行走稳定性之间的相互关系，并寻求最优的足端力调控方法。二、研究背景与现状双足机器人行走控制是机器人学领域最具挑战性的课题之一。早期的研究主要基于“零力矩点”（ZMP）等概念，通过规划身体质心的运动来维持行走过程中的稳定性。这类方法在平坦地面上取得了显著成效，但对于复杂地形和动态干扰的适应性较差。随着“基于模型”的控制方法（如模型预测控制MPC）的发展，控制策略变得更加精细，能够考虑更多动力学约束。然而，这些方法往往需要精确的机器人动力学模型，一旦模型不准确或外部环境发生变化，控制效果便会大打折扣。近年来，一股“基于感知”的控制思潮兴起，强调利用传感器信息（如视觉、惯性测量单元IMU、足底压力传感器等）来实时感知环境和自身状态，并据此动态调整控制指令。足底压力传感器能够直接测量足端力，为实现基于足端力的控制提供了可能。一些研究已经开始尝试利用足端力信息来检测触地、调整步态，甚至实现一些简单的动态稳定。然而，现有研究在足端力方面的深入程度仍有待提高。许多研究只是将足端力作为一种反馈信号，而较少将其作为主动控制的“执行器”。例如，如何根据预期的行走稳定性需求，精确地生成并实现特定的足端力，从而引导机器人进入更稳定的运动状态，这方面的研究尚处于初步阶段。此外，足端力与行走稳定性之间的定量关系，以及如何通过优化足端力来最大化行走稳定性，这些核心问题尚未得到充分的解答。三、研究内容与技术路线本研究将围绕“足端力精确调控及其对行走稳定性的影响”这一核心主题，展开以下几方面的研究： 1. 高精度足端力测量与建模足底压力传感器网络的优化设计：针对机器人足底的结构特点，设计一种分布式、高分辨率的足底压力传感器网络，以获取足底接触区域的压力分布信息。研究如何对传感器进行标定，以保证测量数据的准确性。足端力参数提取算法：基于足底压力分布，开发高效的算法，精确提取足端力的合力大小、方向、作用点等关键参数。这需要考虑足底接触区域的形状变化以及地面的弹性等因素。足端力与机器人运动之间的动力学建模：建立足端力对机器人整体动力学行为影响的数学模型。这包括足端力如何传递到机器人身体，以及如何影响机器人的角动量、质心速度等。 2. 足端力与行走稳定性评估指标的量化研究行走稳定性指标的选取与量化：借鉴经典稳定性和现代控制理论的成果，选取或提出一系列能够有效量化双足机器人行走稳定性的指标，例如：状态轨迹的偏离程度、能量耗散率、质心预测范围、潜在跌倒概率等。足端力对稳定性指标的影响分析：通过理论推导和仿真实验，深入分析不同足端力特性（大小、方向、变化速率等）如何量化影响选取的行走稳定性指标。研究是否存在“最优足端力”区域，能够使得行走稳定性达到最大化。基于足端力的在线稳定性评估：开发一套能够利用实时测量的足端力信息，在线评估机器人当前行走稳定性的算法。这有助于实现实时反馈控制。 3. 基于足端力调控的行走控制策略研究模型预测控制（MPC）框架下的足端力优化：探索将足端力作为MPC优化变量，与机器人轨迹和关节力矩一同进行优化。目标是在满足动力学约束和环境约束的同时，最大化行走稳定性指标。基于反馈的足端力修正算法：研究如何利用在线估计的行走稳定性信息，以及足端力传感器反馈，动态修正足端力生成指令。例如，当检测到稳定性下降时，主动调整足端力以恢复平衡。自适应足端力控制：针对未知或变化的地形，研究如何让机器人能够自适应地调整足端力，以适应新的接触条件，并保持行走稳定性。这可能需要引入强化学习或其他自适应控制技术。步态规划与足端力协同优化：将步态规划（如足端落点、步长、步频）与足端力调控进行耦合优化，实现更高效、更稳定的行走。 4. 仿真与实验验证建立高精度仿真环境：构建包含机器人动力学、传感器模型、足底接触模型以及环境交互的仿真平台，用于验证所提出的控制算法。在实际机器人平台上进行实验验证：将开发和验证的控制算法移植到双足机器人原型机上，在不同工况（平坦地面、缓坡、轻微扰动等）下进行行走实验，以评估控制策略的有效性和鲁棒性。四、预期成果与贡献本研究预期将取得以下成果：一套完整的足端力精确测量与处理流程：能够为双足机器人行走控制提供可靠的高精度足端力数据。足端力与行走稳定性之间定量关系的深入理解：为设计更优化的行走控制策略提供理论依据。一种新型的、以足端力精确调控为核心的行走控制方法：能够显著提升双足机器人在复杂环境下的行走稳定性与鲁棒性。在实际机器人平台上的有效验证：证明所提出方法的可行性和优越性。本研究的贡献在于，将足端力从一个被动反馈信号提升到主动控制的“核心要素”，开辟了双足机器人行走控制的新思路。研究成果将对提高机器人在非结构化环境下的行走能力、拓展机器人应用领域具有重要的理论和实践意义。五、结论足端力是双足机器人行走过程中最基本的物理量之一，其精确调控对于实现稳定、高效的行走至关重要。本研究将聚焦于足端力的高精度测量、与行走稳定性的量化关系分析，以及基于足端力调控的先进行走控制策略的开发与验证。通过深入的研究，我们相信能够为双足机器人的行走控制带来突破性的进展，使其在更加复杂的环境中展现出卓越的运动性能。

用户评价

评分☆☆☆☆☆

在浩瀚的学术海洋中，偶然翻阅到一本名为《双足机器人行走控制与优化》的书籍，虽然我并未深入研究其具体内容，但从书名中便能感受到一种前沿的科技气息和严谨的学术态度。现代社会对自动化和智能化的需求日益增长，双足机器人作为一种极具潜力的仿生机器，其在复杂地形的行走能力无疑是实现这一目标的关键。这本书似乎为我们揭示了实现这一复杂运动的奥秘，从其核心的控制算法到更深层次的优化策略，无不体现了作者在这一领域深厚的功底。想象一下，一个能够像人类一样灵活穿梭于崎岖山路，甚至是在跌倒后迅速恢复平衡的双足机器人，这将是多么激动人心的场景！这本书的出现，或许就是开启这一未来图景的钥匙，它可能涵盖了从理论建模、仿真验证到实际落地的全过程，为研究者和开发者提供了一套系统性的解决方案。这种跨学科的结合，将机器人学、控制理论、计算机科学等多个领域的知识融会贯通，其背后蕴含的智慧结晶，足以令人肃然起敬。我期待这本书能为我打开一扇通往机器人领域新世界的大门，让我对未来的科技发展有更深刻的理解。

评分☆☆☆☆☆

读到《双足机器人行走控制与优化》这个书名，脑海中瞬间浮现出各种科幻电影中那些灵活矫健的机器人形象。双足行走，看似简单，实则蕴含着极其复杂的动力学和控制学原理。这本书的标题直接点明了核心，它可能深入探讨了如何让机器人在失去平衡的边缘保持稳定，如何在不平坦的地面上精确地调整每一步的力度和角度，以及如何通过不断学习和调整，使机器人的行走姿态更加平稳、高效、节能。这背后必定涉及大量的数学建模、算法设计和实验验证。我设想书中可能会详细介绍各种步态生成方法，例如零力矩点（ZMP）理论的应用，或者更先进的基于优化的方法，来规划机器人的运动轨迹。同时，“优化”二字也暗示了书中不仅仅满足于让机器人“能走”，更追求让它“走得更好”，例如如何减少能量消耗，提高行走速度，适应不同的环境，甚至实现优雅的运动。这本书的吸引力在于它触及了人工智能和自动化技术最前沿的挑战之一，对于任何对机器人技术充满好奇的读者来说，它都是一个不容错过的宝藏。

评分☆☆☆☆☆

《双足机器人行走控制与优化》这个书名，本身就带有一种对未来科技的憧憬和对工程极限的挑战。双足机器人，一直以来都是机器人领域中最具代表性也是最具挑战性的研究方向之一。它不仅仅是简单的机械运动，更是一个集成了复杂动力学、精妙控制算法和高级人工智能的系统工程。这本书，我推测它必然是一部深度解析这一复杂领域的学术巨著。它可能从最基础的双足动力学模型入手，逐步深入到各种先进的行走控制策略，比如基于模型的控制、基于学习的控制，以及如何通过各种优化手段，比如逆动力学优化、轨迹优化等，来提升机器人的行走效率、稳定性和适应性。我期待书中能够详尽地阐述如何解决双足机器人行走中的关键问题，例如如何实现动态平衡，如何应对外部扰动，如何进行步态规划和切换，以及如何最小化能量消耗。这本书的价值，在于它为我们提供了一个全面、系统的视角，来理解和掌握双足机器人行走这一高难度技术，对于推动相关领域的研究和发展，无疑具有重要的意义。

评分☆☆☆☆☆

《双足机器人行走控制与优化》这本书的题目本身就充满了吸引力，它仿佛是为那些渴望解开人造生命体运动之谜的探索者们量身打造的。双足行走，是人类赖以生存和探索世界的基本能力，将其赋予冰冷的机器，则意味着无数工程上的难题和智慧的结晶。这本书很可能是一部系统性地阐述如何赋予机器人“行走灵魂”的著作。从基础的动力学建模，到复杂的反馈控制策略，再到如何通过机器学习或其他优化技术，让机器人的行走更加智能化、适应性更强，这一切都可能在这本书中得到细致的描绘。我可以想象，书中会涉及大量的数学公式、图表和仿真结果，用以严谨地论证其控制方法的有效性。而“优化”这个词，则将本书的价值提升到了一个新的高度，它不仅仅停留在实现可行性，更追求卓越的性能，比如在能耗、速度、稳定性以及对外界干扰的鲁棒性等方面达到最佳。对于工程师、研究者，乃至对前沿科技感兴趣的爱好者来说，这本书无疑提供了一个深入理解双足机器人行走奥秘的绝佳机会，是一次智识上的盛宴。

评分☆☆☆☆☆

当我看到《双足机器人行走控制与优化》这个书名时，我首先想到的是它所代表的工程挑战和技术深度。双足行走，相较于轮式或履带式，其稳定性控制的难度呈指数级增长，需要精确到毫秒级的控制和实时的环境感知。这本书很可能是一部集大成之作，详细阐述了如何从零开始构建一个能够稳定、高效行走的双足机器人。我猜测书中会深入探讨各种先进的控制理论，例如模型预测控制、强化学习在机器人行走中的应用，以及如何通过动力学优化来降低能量消耗，提高运动的平稳性。从书中“优化”二字来看，它可能不仅仅关注理论的实现，更强调在实际应用中如何做得更好，如何使机器人在面对复杂多变的地形时，依然能够从容应对。这可能包括对步态的精细调整，对姿态的动态补偿，甚至是对摔倒后自我恢复机制的研究。对于任何希望在机器人领域有所建树的人来说，这本书无疑是一份宝贵的参考资料，它所包含的知识体系，将是理解和开发下一代智能机器人的基石。

评分☆☆☆☆☆

，，，，，，，，，，，

评分☆☆☆☆☆

在看

评分☆☆☆☆☆

很不错，对我很有帮助！

评分☆☆☆☆☆

在看

评分☆☆☆☆☆

一直放在购物车，这次双十一的优惠太给力了，买了慢慢看～嘻嘻?

评分☆☆☆☆☆

还没深入看，看完机器人控制导论再看这个