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95千字 字数
2024-07-01 发行日期
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主编推荐语

洞悉人形机器人的动力之源，探索运动学奥秘。

内容简介

本书结合人形机器人研究中各类先进方法，系统地介绍了驱动人形机器人运动的基础知识、推导过程以及应用案例，阐述了人形机器人的运动学、动力学表示方法，解释了ZMP的概念及其与地面反作用力的关系，描述了人形机器人双足行走行为的生成和控制方法，并拓展了其他多种动作的实现方法，最后介绍了动力学建模、仿真和高效动力学的计算方法。

目录

  • 版权信息
  • 第2版前言
  • 第1版前言
  • 本书主要贡献者
  • 第1章 人形机器人概论
  • 1.1 人形机器人简介
  • 1.1.1 什么是人形机器人
  • 1.1.2 人形机器人历史
  • 1.2 本书章节内容
  • 1.3 人形机器人的研发动向
  • 1.3.1 人类合作、共存型机器人系统研发项目（1998—2002）
  • 1.3.2 类人形机器人研究的扩大与扩展（2005—2012）
  • 1.3.3 核电站事故与DARPA机器人挑战赛（2011—2015）
  • 1.3.4 DRC之后（2015—2020）
  • 1.4 展望
  • 1.5 拓展：相关书籍
  • 第2章 机器人运动学
  • 2.1 坐标变换
  • 2.1.1 世界坐标系
  • 2.1.2 局部坐标系和同次变换矩阵
  • 2.1.3 基于一个局部坐标系定义另一个局部坐标系
  • 2.1.4 同次变换矩阵的链式法则
  • 2.2 旋转运动的性质
  • 2.2.1 滚转、俯仰、偏转的表现方式
  • 2.2.2 旋转矩阵的含义
  • 2.2.3 旋转矩阵的逆矩阵
  • 2.2.4 角速度向量
  • 2.2.5 旋转矩阵的微分和角速度向量的关系
  • 2.2.6 角速度向量的积分和旋转矩阵的关系
  • 2.2.7 矩阵对数函数
  • 2.3 物体在三维空间的速度和角速度
  • 2.3.1 单个物体的速度和角速度
  • 2.3.2 两个物体的速度和角速度
  • 2.4 人形机器人的分割方法和控制程序
  • 2.4.1 分割方法
  • 2.4.2 控制程序
  • 2.5 人形机器人的运动学
  • 2.5.1 模型的生成方法
  • 2.5.2 从关节角度求连杆位置和姿态：正向运动学
  • 2.5.3 从连杆的位置和姿态求关节角度：反向运动学
  • 2.5.4 反向运动学的数值解法
  • 2.5.5 雅可比
  • 2.5.6 雅可比的关节速度
  • 2.5.7 奇异姿态
  • 2.5.8 针对奇异姿态的反向运动学计算
  • 2.5.9 使用余因子矩阵的方法
  • 2.6 拓展：辅助函数
  • 第3章 ZMP和机器人动力学
  • 3.1 ZMP和地面反作用力
  • 3.1.1 ZMP
  • 3.1.2 二维解析
  • 3.1.3 三维解析
  • 3.2 ZMP的测量
  • 3.2.1 一般的情况
  • 3.2.2 单脚支撑下的ZMP
  • 3.2.3 双脚支撑下的ZMP
  • 3.3 人形机器人的动力学
  • 3.3.1 人形机器人的运动与地面反作用力
  • 3.3.2 动量
  • 3.3.3 角动量
  • 3.3.4 刚体的角动量和惯性张量
  • 3.3.5 计算整个机器人的重心位置
  • 3.3.6 计算机器人全身的动量
  • 3.3.7 计算机器人全身的角动量
  • 3.4 根据机器人的运动计算ZMP
  • 3.4.1 导出ZMP
  • 3.4.2 近似计算ZMP
  • 3.5 关于ZMP的注意事项
  • 3.5.1 两个种类的说明
  • 3.5.2 在重心的加速运动中ZMP会脱离支撑多边形吗？
  • 3.5.3 ZMP无法处理的情况
  • 3.6 ZMP的六维扩展CWS
  • 3.6.1 接触力螺旋和CWS的接触稳定性判定
  • 3.6.2 ZMP和CWS的等价性
  • 3.6.3 CWC的楼梯接触稳定性判定
  • 3.7 拓展：凸集和凸包
  • 3.7.1 凸集（convex set）
  • 3.7.2 凸包（convex hull）
  • 第4章 双足行走
  • 4.1 如何实现双足行走
  • 4.2 二维步态模式
  • 4.2.1 倒立摆
  • 4.2.2 线性倒立摆的动作
  • 4.2.3 轨道能
  • 4.2.4 通过切换支撑腿进行控制
  • 4.2.5 规划一个简单的步态模式
  • 4.2.6 扩展到不平表面
  • 4.3 三维步态模式
  • 4.3.1 三维线性倒立摆
  • 4.3.2 生成三维步态模式
  • 4.3.3 引入双腿支撑期
  • 4.3.4 从线性倒立摆到多连杆模型
  • 4.3.5 应用于实际机器人
  • 4.4 生成以ZMP为规范的步态模式
  • 4.4.1 台面/小车模型
  • 4.4.2 离线生成步态模式
  • 4.4.3 在线生成步态模式
  • 4.4.4 使用预见控制的动力学滤波器
  • 4.5 步态稳定控制系统
  • 4.5.1 重心和ZMP测量
  • 4.5.2 重心和ZMP反馈
  • 4.5.3 ZMP分配
  • 4.5.4 地面反作用力控制
  • 4.5.5 稳定控制的实际情况
  • 4.6 步态稳定控制理论
  • 4.6.1 小车倒立摆模型
  • 4.6.2 线性倒立摆的自由运动
  • 4.6.3 通过ZMP反馈控制实现稳定
  • 4.6.4 饱和ZMP反馈控制
  • 4.6.5 最佳重心-ZMP调节器
  • 4.6.6 利用极点配置法计算增益
  • 4.6.7 DCM和捕获点
  • 4.6.8 其他步态稳定控制方法
  • 4.7 实现双足行走的各种方法
  • 4.7.1 被动步行
  • 4.7.2 非线性振荡器、CPG
  • 4.7.3 学习、进化计算
  • 第5章 人形机器人全身运动模式的建立
  • 5.1 建立全身运动模式
  • 5.2 生成粗略的全身运动模式的方法
  • 5.2.1 动作捕获法
  • 5.2.2 GUI法
  • 5.2.3 快速高阶空间搜索法
  • 5.3 转换为确保稳定性的全身运动模式的方法
  • 5.3.1 动力学滤波器
  • 5.3.2 自动平衡器
  • 5.3.3 躯干补偿轨迹计算算法
  • 5.4 具有多点接触的人形机器人全身运动的生成
  • 5.4.1 多点接触动作规划
  • 5.4.2 实现多点接触动作的控制
  • 5.5 人形机器人全身运动的远程操作法
  • 5.5.1 采用操作点切换的全身运动远程操作法
  • 5.5.2 通过分解动量控制生成确保稳定性的全身运动模式的方法
  • 5.5.3 在人形机器人HRP-2上实验
  • 5.6 人形机器人向后跌倒时的减震动作
  • 5.7 人形机器人的跌倒恢复动作
  • 第6章 动力学仿真
  • 6.1 刚体旋转运动的动力学
  • 6.1.1 欧拉运动方程
  • 6.1.2 旋转运动的仿真
  • 6.2 空间速度向量
  • 6.2.1 空间速度向量的定义
  • 6.2.2 空间速度向量的积分
  • 6.3 刚体平移和旋转运动的动力学
  • 6.3.1 牛顿-欧拉方程
  • 6.3.2 使用空间速度时的动力学
  • 6.3.3 基于空间速度的刚体运动模拟
  • 6.3.4 陀螺的模拟
  • 6.4 刚性连杆系统的动力学
  • 6.4.1 考虑加速度的正向运动学
  • 6.4.2 刚性连杆系统的反向动力学
  • 6.4.3 刚性连杆系统的正向动力学
  • 6.4.4 使用Featherstone方法的正向动力学
  • 6.5 综合机器人模拟器Choreonoid
  • 6.6 拓展
  • 6.6.1 力和力矩的处理
  • 6.6.2 辅助函数
  • 参考文献
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出版方

机械工业出版社

机械工业出版社是全国优秀出版社，自1952年成立以来，坚持为科技、为教育服务，以向行业、向学校提供优质、权威的精神产品为宗旨，以“服务社会和人民群众需求，传播社会主义先进文化”为己任，产业结构不断完善，已由传统的图书出版向着图书、期刊、电子出版物、音像制品、电子商务一体化延伸，现已发展为多领域、多学科的大型综合性出版社，涉及机械、电工电子、汽车、计算机、经济管理、建筑、ELT、科普以及教材、教辅等领域。