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面向野外环境的六足机器人技术


作者:
高海波
定价:
129.00 元
版面字数:
340千字
开本:
16开
装帧形式:
精装
版次:
1
最新版次
印刷时间:
2022年
ISBN:
978-7-04-059205-4
物料号:
59205-00
出版时间:
2022-11-02
读者对象:
学术著作
一级分类:
自然科学
二级分类:
机械工程
三级分类:
机械设计及理论

在对六足机器人多年理论研究和工程经验积累的基础上,本书密切结合我国载人航天、星球探测、国防军事、复杂环境作业等领域的需求,主要阐述了野外环境六足机器人研究中的理论和技术问题。从任务需求分析和总体设计入手,给出了野外复杂环境六足移动系统构型和尺度设计方法,建立了机器人足-地作用力学模型和多物理耦合系统动力学模型,探讨了障碍条件下的六足机器人步态规划和重规划方法,实现了六足机器人基于状态感知的柔顺运动控制,提出了机器人人机协同操纵设计方法,构建了机器人硬件在环仿真系统,完成了机器人系统的低成本可靠测试,最后介绍了六足机器人样机的开发和实验测试。

本书主要读者为科研院所、高等院校从事足式机器人研究的工程设计人员、教师和研究生。

  • 目录
    • 前辅文
      • 第1章 面向野外环境的六足机器人概述
        • 1.1 引言
          • 1.2 六足机器人的工作环境及性能需求
            • 1.2.1 野外环境概况
              • 1.2.2 野外环境机器人性能需求
              • 1.3 六足机器人的特点与启示
                • 1.3.1 电驱动六足机器人系统
                  • 1.3.2 液压驱动六足机器人系统
                  • 1.4 本章小结
                    • 参考文献
                    • 第2章 六足机器人移动系统构型设计
                      • 2.1 引言
                        • 2.2 腿在机体周围的布置方式研究
                          • 2.2.1 考虑机器人运动方向的腿布置方式
                            • 2.2.2 考虑机体自由度的腿布置方式
                            • 2.3 基于地形适应性的步行腿构型综合
                              • 2.4 基于复杂地形的六足机器人尺度设计
                                • 2.4.1 六足机器人平地行走尺度约束
                                  • 2.4.2 面向越障运动的六足机器人尺度分析
                                    • 2.4.3 面向跨沟运动的六足机器人尺度分析
                                      • 2.4.4 面向爬坡运动的六足机器人尺度分析
                                      • 2.5 基于地形约束的尺度设计方法
                                        • 2.6 本章小结
                                          • 参考文献
                                          • 第3章 机器人足–地作用力学研究
                                            • 3.1 引言
                                              • 3.2 硬地质环境的足–地力学模型
                                                • 3.2.1 法向解析模型
                                                  • 3.2.2 切向解析模型
                                                    • 3.2.3 足–地力学模型的参数辨识
                                                      • 3.2.4 足–地力学模型的实验研究
                                                      • 3.3 松软地质环境的足–地力学模型
                                                        • 3.3.1 松软地质的力学特性分析
                                                          • 3.3.2 松软地质环境的足–地应力积分模型
                                                            • 3.3.3 复合非线性刚度–阻尼模型与应力积分模型的统一化推导
                                                              • 3.3.4 松软地质环境足–地力学模型的实验研究和参数辨识
                                                              • 3.4 动态接触条件下足–地力学模型
                                                                • 3.4.1 动态接触条件下法向足–地力学模型
                                                                  • 3.4.2 动态接触条件下切向足–地力学模型
                                                                  • 3.5 本章小结
                                                                    • 参考文献
                                                                    • 第4章 六足机器人多物理耦合系统建模
                                                                      • 4.1 引言
                                                                        • 4.2 六足机器人关节逆动力学建模
                                                                          • 4.2.1 六足机器人结构
                                                                            • 4.2.2 一般机器人关节模型
                                                                              • 4.2.3 考虑反驱特性的二级减速关节逆动力学建模
                                                                              • 4.3 六足机器人关节模型参数辨识
                                                                                • 4.3.1 与位置相关参数的辨识
                                                                                  • 4.3.2 与负载相关参数的辨识
                                                                                    • 4.3.3 与速度相关参数的辨识
                                                                                      • 4.3.4 与速度–负载相关参数的辨识
                                                                                        • 4.3.5 关节逆动力学模型分析及验证
                                                                                        • 4.4 考虑柔性的六足机器人运动学建模
                                                                                          • 4.4.1 基于旋量理论的一般运动学建模
                                                                                            • 4.4.2 考虑腿部柔性的运动学建模
                                                                                              • 4.4.3 考虑机体柔性的运动学建模
                                                                                              • 4.5 考虑足–地作用的六足机器人动力学建模
                                                                                                • 4.5.1 机器人整体静柔度建模与变形研究
                                                                                                  • 4.5.2 地面柔度建模与机器人静平衡状态分析
                                                                                                    • 4.5.3 基于凯恩方程的六足机器人动力学建模
                                                                                                    • 4.6 本章小结
                                                                                                      • 参考文献
                                                                                                      • 第5章 六足机器人步态规划研究
                                                                                                        • 5.1 引言
                                                                                                          • 5.2 六足机器人步态参数
                                                                                                            • 5.3 六足机器人常规步态
                                                                                                              • 5.3.1 三足步态
                                                                                                                • 5.3.2 四足步态
                                                                                                                  • 5.3.3 五足步态
                                                                                                                  • 5.4 六足机器人自由步态
                                                                                                                    • 5.4.1 步态的状态转换及约束条件
                                                                                                                      • 5.4.2 自由步态序列生成规则
                                                                                                                        • 5.4.3 步态稳定性调整方法
                                                                                                                        • 5.5 本章小结
                                                                                                                          • 参考文献
                                                                                                                          • 第6章 面向复杂地形的六足机器人稳定控制
                                                                                                                            • 6.1 引言
                                                                                                                              • 6.2 基于阻抗控制的六足机器人柔顺控制
                                                                                                                                • 6.2.1 基于变形协调约束的足力规划
                                                                                                                                  • 6.2.2 基于足端虚拟阻抗模型的足力调控
                                                                                                                                    • 6.2.3 六足机器人变形补偿及位姿调控
                                                                                                                                    • 6.3 崎岖路面自由步态运动控制
                                                                                                                                      • 6.3.1 自由步态控制方法组成分析
                                                                                                                                        • 6.3.2 不平路面步态反馈控制
                                                                                                                                          • 6.3.3 越障步态反馈控制
                                                                                                                                            • 6.3.4 跨沟步态反馈控制
                                                                                                                                              • 6.3.5 基于阻抗控制的轨迹补偿方法
                                                                                                                                              • 6.4 本章小结
                                                                                                                                                • 参考文献
                                                                                                                                                • 第7章 六足机器人人机协同操纵技术
                                                                                                                                                  • 7.1 引言
                                                                                                                                                    • 7.2 平坦地形下六足机器人双向触觉操控
                                                                                                                                                      • 7.2.1 操控系统控制算法设计
                                                                                                                                                        • 7.2.2 操控系统稳定性分析
                                                                                                                                                          • 7.2.3 实验验证
                                                                                                                                                          • 7.3 松软地形下基于时域无源性控制的双向触觉操控
                                                                                                                                                            • 7.3.1 基于足–地作用力学模型的环境端有源性分析
                                                                                                                                                              • 7.3.2 基于TDPC的补偿算法设计
                                                                                                                                                                • 7.3.3 六足机器人双向触觉操控系统的控制律设计
                                                                                                                                                                  • 7.3.4 实验验证
                                                                                                                                                                  • 7.4 障碍地形下机体–单腿协同调控的双向触觉操控
                                                                                                                                                                    • 7.4.1 机体层操控子系统的控制律设计
                                                                                                                                                                      • 7.4.2 单腿层操控子系统的控制算法设计
                                                                                                                                                                        • 7.4.3 实验验证
                                                                                                                                                                        • 7.5 本章小结
                                                                                                                                                                          • 参考文献
                                                                                                                                                                          • 第8章 六足机器人硬件在环仿真技术
                                                                                                                                                                            • 8.1 引言
                                                                                                                                                                              • 8.2 六足机器人数值仿真研究
                                                                                                                                                                                • 8.2.1 数值仿真的总体结构设计
                                                                                                                                                                                  • 8.2.2 足–地作用力学求解实现方法
                                                                                                                                                                                    • 8.2.3 仿真实现
                                                                                                                                                                                    • 8.3 基于Vortex动力学引擎的可视化仿真
                                                                                                                                                                                      • 8.3.1 可视化仿真的总体结构设计
                                                                                                                                                                                        • 8.3.2 仿真实现与仿真效率测试
                                                                                                                                                                                        • 8.4 基于Euro-Sim实时仿真框架的半实物仿真
                                                                                                                                                                                          • 8.4.1 系统软硬件架构设计
                                                                                                                                                                                            • 8.4.2 系统实现与实时性测试
                                                                                                                                                                                            • 8.5 仿真模型的实验验证
                                                                                                                                                                                              • 8.5.1 足–地作用力学模型与可视化仿真验证
                                                                                                                                                                                                • 8.5.2 动力学模型与数值仿真的实验验证
                                                                                                                                                                                                  • 8.5.3 崎岖地形下的实验验证
                                                                                                                                                                                                  • 8.6 本章小结
                                                                                                                                                                                                  • 第9章 面向野外环境的六足机器人开发与实验
                                                                                                                                                                                                    • 9.1 引言
                                                                                                                                                                                                      • 9.2 面向野外环境的六足机器人开发
                                                                                                                                                                                                        • 9.2.1 移动系统设计
                                                                                                                                                                                                          • 9.2.2 控制系统设计
                                                                                                                                                                                                            • 9.2.3 软件系统设计
                                                                                                                                                                                                            • 9.3 六足机器人样机性能实验
                                                                                                                                                                                                              • 9.3.1 实验环境搭建
                                                                                                                                                                                                                • 9.3.2 爬坡能力实验
                                                                                                                                                                                                                  • 9.3.3 负重能力实验
                                                                                                                                                                                                                    • 9.3.4 最大步行速度实验
                                                                                                                                                                                                                      • 9.3.5 跨越垂直障碍实验
                                                                                                                                                                                                                        • 9.3.6 壕沟通过性实验
                                                                                                                                                                                                                        • 9.4 本章小结

                                                                                                                                                                                                                      相关图书