以四足哺乳动物为仿生对象,构造具有高动态性和强复杂环境适应性的四足机器人一直是机器人领域的研究热点。本书系统地介绍了电机驱动四足仿生机器人的基本理论和稳定运动控制的主要方法,力求能够较好地促进国内四足机器人研究的普及和应用落地。本着“持续开源、合作共建”的思想,结合四足机器人实际物理平台和开源的软件平台,本书分为三部分:基础理论、技术实现和研究提高,共包括13章,其中第 1~8章介绍基础理论,第9、10章介绍技术实现,第11、12章介绍研究进阶,主要讲述基于 MPC WBC的四足机器人**运动控制方法,第13章介绍仿真实验。 本书既可供机器人相关专业的研究生或高年级本科生阅读和作为竞赛参考,也可供相关领域的工程技术人 员参考。

第1章绪论 1.1四足机器人的发展现状 1.2四足机器人的发展趋势 习题 第2章四足机器人运动学分析 2.1机器人运动学基础 2.1.1点的齐次坐标 2.1.2平面的齐次坐标 2.1.3旋转矩阵 2.1.4旋转齐次变换 2.1.5平移齐次变换 2.1.6齐次变换矩阵 2.2齐次变换矩阵性质 2.2.1齐次变换矩阵相乘 2.2.2齐次变换矩阵的相对性 2.2.3齐次变换矩阵的可逆性 2.2.4齐次变换矩阵的封闭性 2.3机器人连杆参数和连杆坐标系 2.3.1关节和连杆 2.3.2连杆坐标系定义 2.3.3基于D H方法的连杆坐标系和变换矩阵 2.4基于D H坐标系的四足机器人运动学建模 2.4.1四足机器人运动学分析 2.4.2右前腿的运动学分析 2.4.3右后腿的运动学分析 习题 第3章四足机器人雅**矩阵与静力学 3.1微分运动与广义速度 3.1.1微分变换 3.1.2微分运动 3.1.3坐标系间的微分关系 3.2雅**矩阵 3.3四足机器人雅**矩阵的一般求解方法 3.3.1基于矢量积法的雅**矩阵计算方法 3.3.2基于微分变换法的雅**矩阵计算方法 3.3.3基于连杆速度法的雅**矩阵计算方法 3.3.4雅**矩阵计算方法的比较 3.4静态力 3.4.1坐标系之间力的变换 3.4.2力雅**矩阵 3.4.3雅**矩阵的奇异性 习题 第4章四足机器人动力学分析 4.1机器人动力学数学基础 4.2动能和势能 4.3惯性参数 4.3.1转动惯量 4.3.2惯性张量 4.4机器人动力学建模方法 4.4.1拉格朗日法 4.4.2牛顿欧拉法 4.4.3机器人动力学方程的性质 4.5四足机器人简化动力学推导 习题 第5章四足机器人步态规划基础理论 5.1步态规划的基本概念 5.2静步态规划方法 5.3动步态规划方法 5.4机器人轨迹规划与步态生成 5.4.1机器人轨迹规划 5.4.2机器人步态生成方法 习题 第6章四足机器人路径规划算法 6.1地图创建与地形识别 6.2全局路径规划算法 6.2.1栅格法 6.2.2可视图法 6.2.3A*算法 6.2.4快速扩展随机树算法 6.2.5BiDirectional快速扩展随机树算法 6.3局部路径规划算法 6.3.1人工势场法 6.3.2神经网络法 习题 第7章机器人的基本控制方法 7.1控制预备知识介绍 7.2机器人的控制方法及仿真分析 7.2.1机器人动力学模型 7.2.2机器人控制方法和控制器设计 习题 第8章四足机器人稳定性判定方法 8.1四足机器人步态选择策略 8.2四足机器人稳定性基本概念 8.2.1稳定裕度 8.2.2占空比 8.2.3阻力系数 8.3静态稳定性判定方法 8.4动态稳定性判定方法 习题 第9章四足机器人结构设计与安装流程 9.1四足机器人结构设计 9.2四足机器人安装流程 9.2.1电机的装配 9.2.2腿部机构的装配 9.2.3关节模组的装配 9.2.4躯干的装配 9.2.5腿部整体安装 习题 第10章四足机器人硬件和电路结构介绍 10.1执行器 10.2动力源 10.3UP board 10.4遥控器 10.5SPIne信号转接板 10.6接线转接板 习题 第11章基于模型预测控制的四足机器人全身运动控制方法 11.1模型预测控制基础知识介绍 11.2MPC控制策略在四足机器人中的应用 11.3四足机器人整体运动控制框架 11.3.1一般四足机器人整体运动控制框架 11.3.2基于MPC的四足机器人运动控制框架 11.4基于MPC的动态运动控制 11.4.1MPC控制框架 11.4.2机器人躯干简化动力学建模 11.4.3MPC实现 11.5基于MPC方法的运动规划 11.5.1步态规划 11.5.2足端轨迹规划 11.5.3基于MPC方法的步态切换 11.5.4基于MPC的四足机器人斜坡地形的姿态调整 11.6基于Webots软件平台的MPC方法仿真验证 11.6.1Ubuntu下Webots仿真环境搭建 11.6.2多步态运动 11.6.3斜坡地形测试 11.7基于四足机器人物理平台的MPC方法实现验证 习题 第12章四足机器人运动控制程序框架介绍 12.1机器人建模程序 12.1.1机器人模型参数设置 12.1.2质心动力学模型 12.1.3浮基座动力学模型 12.2机器人信息数据输入 12.3机器人运动轨迹规划 12.3.1步态序列规划 12.3.2摆动腿轨迹规划 12.3.3机器人状态轨迹规划 12.4机器人控制器设计 12.4.1MPC控制器 12.4.2WBC控制器 12.4.3腿部控制器 12.4.4关节电机控制器 12.5状态估计器 习题 第13章四足机器人实验仿真与验证 13.1Ubuntu系统环境配置与软件安装实验 13.2四足机器人上位机代码编译与运行仿真实验 13.3实体机器人运行实验 13.4trot步态设计及实验验证 13.5bound步态设计及实验验证 13.6pace步态设计及验证实验 13.7walk步态设计及验证实验 13.8后空翻步态设计与运行实验 13.9四足机器人斜坡自适应调整实验 13.10循迹测试实验 13.11障碍物识别跟踪实验 参考文献1166777899101013141415161616171721212227333434343436383940434649515152535455555556565858596065667172727475767678868787888991929393959596100101101102103105135136136137137138138138139143144144147147157163166167168169170176179181184192193194194195195195195196196202205209209211211211214214224226227229230230230231232233235235237238238238242247248249250251251254257259261264266269271274281289