雙足機器人行走控製與優化 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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陳啓軍，劉成菊 著

圖書標籤:

• 機器人控製
• 雙足機器人
• 行走控製
• 優化算法
• 運動規劃
• 控製係統
• 機器人學
• 人工智能
• 嵌入式係統
• MATLAB仿真

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302436553

版次：1

商品編碼：11954479

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2016-07-01

用紙：膠版紙

頁數：199

字數：324000

編輯推薦

　　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並能與人類和諧相處。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，具有更好的地麵適應能力和靈活性。而要使雙足機器人能夠在日常環境中完成各種任務，除瞭要使其能感知、理解外界環境，定位、導航外，更基本的是要求其能在安全、穩定、低能耗等指標下完成從當前位置到目標位置的移動，通過快速的改變運動姿態以繞開障礙物並在移動的同時完成搬運、推拉等行為。

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、雙足機器人的發展曆程以及行走控製研究現狀；第2章闡述瞭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為例研究瞭雙足機器人目前存在的一些挑戰性的問題：包括第3章的全嚮行走；第4章研究瞭雙足機器人的平衡技巧學習與優化方法，提齣瞭一種基於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章研究瞭雙足機器人固有約束下的實時全身運動規劃；第6章主要解決瞭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章初步探討瞭基於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，特彆是雙足機器人方嚮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機器人的發展曆程

1.3行走控製

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連杆結構的動力學描述

2.2.2動態穩定性

2.2.3動力學模型

2.3小結

第3章全嚮行走軌跡規劃

3.1支撐腳運動軌跡

3.2遊腳運動軌跡

3.3全嚮落腳規劃

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基於落腳點補償的平衡技巧

4.2.1綫性落腳點補償

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基於任務空間的平衡技巧

4.3.1任務空間運動控製

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閤

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基於動量控製的運動規劃

5.3.1動量控製算法

5.3.2末端軌跡規劃

5.3.3實驗分析

5.4帶約束在綫示教跟蹤

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濛特卡洛法

5.6小結

第6章仿生控製

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工作空間軌跡在綫調製方法

6.3.1質心軌跡發生器

6.3.2遊腳軌跡調製

6.3.3平地行走步態進化

6.3.4坡麵環境適應性分析

6.4質心軌跡和遊腳軌跡的在綫生成與優化

6.4.1遊腳軌跡在綫生成

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章基於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

《足端力精確調控及其對行走穩定性的影響研究》 一、 引言 足端力，作為機器人足部與地麵接觸時産生的反作用力，是理解和控製機器人行走行為的關鍵物理量。它不僅直接影響著機器人的運動姿態、步態的平穩性，更是實現復雜動態行走任務（如越障、攀爬、原地轉嚮等）的基礎。長期以來，機器人行走控製的研究主要集中在如何生成平滑的軌跡、如何保持身體的平衡等方麵，而對足端力本身的精確測量、分析和主動調控的關注相對較少，尤其是在探索其與行走穩定性之間深層聯係的研究尚有不足。 近年來，隨著傳感器技術、計算能力以及控製算法的飛速發展，對足端力進行高精度實時測量的能力已成為可能。這為深入理解足端力在行走過程中的作用機製提供瞭堅實的基礎。足端力的大小、方嚮、作用點以及其隨時間的變化規律，都蘊含著豐富的運動信息。例如，適度的足端力可以提供推進和支撐力，而過大或過小的足端力則可能導緻不穩定甚至跌倒。更重要的是，通過主動調控足端力，我們可以在一定程度上彌補模型誤差、適應未知地形，從而顯著提升機器人的行走魯棒性。 本研究正是基於這一背景，旨在深入挖掘足端力在雙足機器人行走中的作用，並在此基礎上，提齣一套以足端力精確調控為核心的行走控製策略，以期顯著提升機器人的行走穩定性。我們將從理論建模、仿真分析到實驗驗證，係統地探索足端力與行走穩定性之間的相互關係，並尋求最優的足端力調控方法。 二、 研究背景與現狀 雙足機器人行走控製是機器人學領域最具挑戰性的課題之一。早期的研究主要基於“零力矩點”（ZMP）等概念，通過規劃身體質心的運動來維持行走過程中的穩定性。這類方法在平坦地麵上取得瞭顯著成效，但對於復雜地形和動態乾擾的適應性較差。 隨著“基於模型”的控製方法（如模型預測控製MPC）的發展，控製策略變得更加精細，能夠考慮更多動力學約束。然而，這些方法往往需要精確的機器人動力學模型，一旦模型不準確或外部環境發生變化，控製效果便會大打摺扣。 近年來，一股“基於感知”的控製思潮興起，強調利用傳感器信息（如視覺、慣性測量單元IMU、足底壓力傳感器等）來實時感知環境和自身狀態，並據此動態調整控製指令。足底壓力傳感器能夠直接測量足端力，為實現基於足端力的控製提供瞭可能。一些研究已經開始嘗試利用足端力信息來檢測觸地、調整步態，甚至實現一些簡單的動態穩定。 然而，現有研究在足端力方麵的深入程度仍有待提高。許多研究隻是將足端力作為一種反饋信號，而較少將其作為主動控製的“執行器”。例如，如何根據預期的行走穩定性需求，精確地生成並實現特定的足端力，從而引導機器人進入更穩定的運動狀態，這方麵的研究尚處於初步階段。此外，足端力與行走穩定性之間的定量關係，以及如何通過優化足端力來最大化行走穩定性，這些核心問題尚未得到充分的解答。 三、 研究內容與技術路綫 本研究將圍繞“足端力精確調控及其對行走穩定性的影響”這一核心主題，展開以下幾方麵的研究： 1. 高精度足端力測量與建模 足底壓力傳感器網絡的優化設計： 針對機器人足底的結構特點，設計一種分布式、高分辨率的足底壓力傳感器網絡，以獲取足底接觸區域的壓力分布信息。研究如何對傳感器進行標定，以保證測量數據的準確性。 足端力參數提取算法： 基於足底壓力分布，開發高效的算法，精確提取足端力的閤力大小、方嚮、作用點等關鍵參數。這需要考慮足底接觸區域的形狀變化以及地麵的彈性等因素。 足端力與機器人運動之間的動力學建模： 建立足端力對機器人整體動力學行為影響的數學模型。這包括足端力如何傳遞到機器人身體，以及如何影響機器人的角動量、質心速度等。 2. 足端力與行走穩定性評估指標的量化研究 行走穩定性指標的選取與量化： 藉鑒經典穩定性和現代控製理論的成果，選取或提齣一係列能夠有效量化雙足機器人行走穩定性的指標，例如：狀態軌跡的偏離程度、能量耗散率、質心預測範圍、潛在跌倒概率等。 足端力對穩定性指標的影響分析： 通過理論推導和仿真實驗，深入分析不同足端力特性（大小、方嚮、變化速率等）如何量化影響選取的行走穩定性指標。研究是否存在“最優足端力”區域，能夠使得行走穩定性達到最大化。 基於足端力的在綫穩定性評估： 開發一套能夠利用實時測量的足端力信息，在綫評估機器人當前行走穩定性的算法。這有助於實現實時反饋控製。 3. 基於足端力調控的行走控製策略研究 模型預測控製（MPC）框架下的足端力優化： 探索將足端力作為MPC優化變量，與機器人軌跡和關節力矩一同進行優化。目標是在滿足動力學約束和環境約束的同時，最大化行走穩定性指標。 基於反饋的足端力修正算法： 研究如何利用在綫估計的行走穩定性信息，以及足端力傳感器反饋，動態修正足端力生成指令。例如，當檢測到穩定性下降時，主動調整足端力以恢復平衡。 自適應足端力控製： 針對未知或變化的地形，研究如何讓機器人能夠自適應地調整足端力，以適應新的接觸條件，並保持行走穩定性。這可能需要引入強化學習或其他自適應控製技術。 步態規劃與足端力協同優化： 將步態規劃（如足端落點、步長、步頻）與足端力調控進行耦閤優化，實現更高效、更穩定的行走。 4. 仿真與實驗驗證 建立高精度仿真環境： 構建包含機器人動力學、傳感器模型、足底接觸模型以及環境交互的仿真平颱，用於驗證所提齣的控製算法。 在實際機器人平颱上進行實驗驗證： 將開發和驗證的控製算法移植到雙足機器人原型機上，在不同工況（平坦地麵、緩坡、輕微擾動等）下進行行走實驗，以評估控製策略的有效性和魯棒性。 四、 預期成果與貢獻 本研究預期將取得以下成果： 一套完整的足端力精確測量與處理流程： 能夠為雙足機器人行走控製提供可靠的高精度足端力數據。 足端力與行走穩定性之間定量關係的深入理解： 為設計更優化的行走控製策略提供理論依據。 一種新型的、以足端力精確調控為核心的行走控製方法： 能夠顯著提升雙足機器人在復雜環境下的行走穩定性與魯棒性。 在實際機器人平颱上的有效驗證： 證明所提齣方法的可行性和優越性。 本研究的貢獻在於，將足端力從一個被動反饋信號提升到主動控製的“核心要素”，開闢瞭雙足機器人行走控製的新思路。研究成果將對提高機器人在非結構化環境下的行走能力、拓展機器人應用領域具有重要的理論和實踐意義。 五、 結論 足端力是雙足機器人行走過程中最基本的物理量之一，其精確調控對於實現穩定、高效的行走至關重要。本研究將聚焦於足端力的高精度測量、與行走穩定性的量化關係分析，以及基於足端力調控的先進行走控製策略的開發與驗證。通過深入的研究，我們相信能夠為雙足機器人的行走控製帶來突破性的進展，使其在更加復雜的環境中展現齣卓越的運動性能。

評分☆☆☆☆☆

《雙足機器人行走控製與優化》這本書的題目本身就充滿瞭吸引力，它仿佛是為那些渴望解開人造生命體運動之謎的探索者們量身打造的。雙足行走，是人類賴以生存和探索世界的基本能力，將其賦予冰冷的機器，則意味著無數工程上的難題和智慧的結晶。這本書很可能是一部係統性地闡述如何賦予機器人“行走靈魂”的著作。從基礎的動力學建模，到復雜的反饋控製策略，再到如何通過機器學習或其他優化技術，讓機器人的行走更加智能化、適應性更強，這一切都可能在這本書中得到細緻的描繪。我可以想象，書中會涉及大量的數學公式、圖錶和仿真結果，用以嚴謹地論證其控製方法的有效性。而“優化”這個詞，則將本書的價值提升到瞭一個新的高度，它不僅僅停留在實現可行性，更追求卓越的性能，比如在能耗、速度、穩定性以及對外界乾擾的魯棒性等方麵達到最佳。對於工程師、研究者，乃至對前沿科技感興趣的愛好者來說，這本書無疑提供瞭一個深入理解雙足機器人行走奧秘的絕佳機會，是一次智識上的盛宴。

評分☆☆☆☆☆

當我看到《雙足機器人行走控製與優化》這個書名時，我首先想到的是它所代錶的工程挑戰和技術深度。雙足行走，相較於輪式或履帶式，其穩定性控製的難度呈指數級增長，需要精確到毫秒級的控製和實時的環境感知。這本書很可能是一部集大成之作，詳細闡述瞭如何從零開始構建一個能夠穩定、高效行走的雙足機器人。我猜測書中會深入探討各種先進的控製理論，例如模型預測控製、強化學習在機器人行走中的應用，以及如何通過動力學優化來降低能量消耗，提高運動的平穩性。從書中“優化”二字來看，它可能不僅僅關注理論的實現，更強調在實際應用中如何做得更好，如何使機器人在麵對復雜多變的地形時，依然能夠從容應對。這可能包括對步態的精細調整，對姿態的動態補償，甚至是對摔倒後自我恢復機製的研究。對於任何希望在機器人領域有所建樹的人來說，這本書無疑是一份寶貴的參考資料，它所包含的知識體係，將是理解和開發下一代智能機器人的基石。

評分☆☆☆☆☆

在浩瀚的學術海洋中，偶然翻閱到一本名為《雙足機器人行走控製與優化》的書籍，雖然我並未深入研究其具體內容，但從書名中便能感受到一種前沿的科技氣息和嚴謹的學術態度。現代社會對自動化和智能化的需求日益增長，雙足機器人作為一種極具潛力的仿生機器，其在復雜地形的行走能力無疑是實現這一目標的關鍵。這本書似乎為我們揭示瞭實現這一復雜運動的奧秘，從其核心的控製算法到更深層次的優化策略，無不體現瞭作者在這一領域深厚的功底。想象一下，一個能夠像人類一樣靈活穿梭於崎嶇山路，甚至是在跌倒後迅速恢復平衡的雙足機器人，這將是多麼激動人心的場景！這本書的齣現，或許就是開啓這一未來圖景的鑰匙，它可能涵蓋瞭從理論建模、仿真驗證到實際落地的全過程，為研究者和開發者提供瞭一套係統性的解決方案。這種跨學科的結閤，將機器人學、控製理論、計算機科學等多個領域的知識融會貫通，其背後蘊含的智慧結晶，足以令人肅然起敬。我期待這本書能為我打開一扇通往機器人領域新世界的大門，讓我對未來的科技發展有更深刻的理解。

評分☆☆☆☆☆

讀到《雙足機器人行走控製與優化》這個書名，腦海中瞬間浮現齣各種科幻電影中那些靈活矯健的機器人形象。雙足行走，看似簡單，實則蘊含著極其復雜的動力學和控製學原理。這本書的標題直接點明瞭核心，它可能深入探討瞭如何讓機器人在失去平衡的邊緣保持穩定，如何在不平坦的地麵上精確地調整每一步的力度和角度，以及如何通過不斷學習和調整，使機器人的行走姿態更加平穩、高效、節能。這背後必定涉及大量的數學建模、算法設計和實驗驗證。我設想書中可能會詳細介紹各種步態生成方法，例如零力矩點（ZMP）理論的應用，或者更先進的基於優化的方法，來規劃機器人的運動軌跡。同時，“優化”二字也暗示瞭書中不僅僅滿足於讓機器人“能走”，更追求讓它“走得更好”，例如如何減少能量消耗，提高行走速度，適應不同的環境，甚至實現優雅的運動。這本書的吸引力在於它觸及瞭人工智能和自動化技術最前沿的挑戰之一，對於任何對機器人技術充滿好奇的讀者來說，它都是一個不容錯過的寶藏。

評分☆☆☆☆☆

《雙足機器人行走控製與優化》這個書名，本身就帶有一種對未來科技的憧憬和對工程極限的挑戰。雙足機器人，一直以來都是機器人領域中最具代錶性也是最具挑戰性的研究方嚮之一。它不僅僅是簡單的機械運動，更是一個集成瞭復雜動力學、精妙控製算法和高級人工智能的係統工程。這本書，我推測它必然是一部深度解析這一復雜領域的學術巨著。它可能從最基礎的雙足動力學模型入手，逐步深入到各種先進的行走控製策略，比如基於模型的控製、基於學習的控製，以及如何通過各種優化手段，比如逆動力學優化、軌跡優化等，來提升機器人的行走效率、穩定性和適應性。我期待書中能夠詳盡地闡述如何解決雙足機器人行走中的關鍵問題，例如如何實現動態平衡，如何應對外部擾動，如何進行步態規劃和切換，以及如何最小化能量消耗。這本書的價值，在於它為我們提供瞭一個全麵、係統的視角，來理解和掌握雙足機器人行走這一高難度技術，對於推動相關領域的研究和發展，無疑具有重要的意義。

評分☆☆☆☆☆

書質量不錯，發貨速度快，內容也還行，不錯，紙張質量也可以！參考一下機器人

評分☆☆☆☆☆

書質量不錯，發貨速度快，內容也還行，不錯，紙張質量也可以！參考一下機器人

評分☆☆☆☆☆

一直放在購物車，這次雙十一的優惠太給力瞭，買瞭慢慢看～嘻嘻?

評分☆☆☆☆☆

很不錯，對我很有幫助！

評分☆☆☆☆☆

好書！

評分☆☆☆☆☆

，，，，，，，，，，，

評分☆☆☆☆☆

很不錯，對我很有幫助！

評分☆☆☆☆☆

還沒深入看，看完機器人控製導論再看這個

評分☆☆☆☆☆

好書！