仿人機(jī)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(jī)器人設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢
1.2.1仿人機(jī)器人的人形特征
1.2.2仿人機(jī)器人設(shè)計(jì)中的權(quán)衡
1.2.3仿人機(jī)器人的人性化設(shè)計(jì)
1.3仿人機(jī)器人的特征
1.4仿人機(jī)器人的相關(guān)研究
1.4.1運(yùn)動(dòng)冗余、任務(wù)約束和最優(yōu)逆運(yùn)動(dòng)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(dòng)基座上的欠驅(qū)動(dòng)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(yùn)動(dòng)學(xué)
2.1引言
2.2運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)
2.3正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問題
2.4微分運(yùn)動(dòng)學(xué)
2.4.1運(yùn)動(dòng)旋量、空間速度和空間變換
2.4.2正微分運(yùn)動(dòng)學(xué)
2.4.3逆微分運(yùn)動(dòng)學(xué)
2.5奇異構(gòu)型下的微分運(yùn)動(dòng)學(xué)
2.6可操作性橢球
2.7運(yùn)動(dòng)學(xué)冗余
2.7.1自運(yùn)動(dòng)
2.7.2逆運(yùn)動(dòng)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(kuò)展雅可比矩陣的冗余分解
2.8多任務(wù)約束下的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解
2.8.1運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)學(xué)模型
2.10封閉鏈的微分運(yùn)動(dòng)學(xué)
2.10.1閉環(huán)支鏈的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)分析
2.10.2逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解
2.10.3正運(yùn)動(dòng)學(xué)解
2.11仿人機(jī)器人的微分運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)關(guān)系
2.11.3二階微分運(yùn)動(dòng)約束及其可積性
2.11.4具有混合準(zhǔn)速度的一階微分運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)/力對偶關(guān)系
3.4獨(dú)立閉環(huán)鏈的動(dòng)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(jī)器人的運(yùn)動(dòng)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(dú)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(dòng)力學(xué)
4.1引言
4.2欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)
4.3平面上簡單的欠驅(qū)動(dòng)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(dòng)的質(zhì)心動(dòng)力學(xué)
4.3.3線性反作用輪擺模型和角動(dòng)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(dòng)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(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)模型
4.5.1關(guān)節(jié)空間坐標(biāo)下的動(dòng)力學(xué)模型
4.5.2空間坐標(biāo)下的動(dòng)力學(xué)模型
4.5.3具有動(dòng)力學(xué)解耦分級結(jié)構(gòu)的零空間動(dòng)力學(xué)
4.6零重力下自由漂浮機(jī)械臂的空間動(dòng)量
4.6.1歷史背景
4.6.2空間動(dòng)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(jī)械臂的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)
4.7基于動(dòng)量的冗余分解
4.7.1動(dòng)量平衡原理
4.7.2基于空間動(dòng)量的冗余分解
4.7.3基于角動(dòng)量的冗余分解
4.7.4零重力下自由漂浮仿人機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)
4.8零重力下自由漂浮機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)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(dòng)力學(xué)
4.10仿人機(jī)器人的空間動(dòng)量
4.11仿人機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)方程的簡化形式
4.13.1基于關(guān)節(jié)空間動(dòng)力學(xué)的表示
4.13.2基于空間動(dòng)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(yùn)動(dòng)方程
4.13.4總結(jié)與討論
4.14逆動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)態(tài)穩(wěn)定裕度
5.3.2外推質(zhì)心動(dòng)力學(xué)
5.3.3具有躍遷的離散狀態(tài)
5.3.4二維動(dòng)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