腿足机器人运动控制原理与仿真实践教程
￥49.80定价
作者： 陈腾，荣学文，李彬
出版时间：2025-03
出版社：化学工业出版社
- 化学工业出版社
- 9787122466259
- 1版
- 545082
- 16开
- 2025-03
- 289
- 200
- TP242
- 本科
作者简介
目录
第1章 Webots环境熟悉与简单模型搭建 001
1.1 Webots环境与模型搭建知识部分 002
1.1.1 Webots安装 002
1.1.2 仿真环境认识 005
1.1.3 机器人模型搭建 006
1.1.4 机器人控制器创建 017
1.2 Webots环境与模型搭建仿真实验部分 021
思考与作业 026
参考文献 026
本章附录 026
第2章 单腿运动控制 031
2.1 单腿运动控制知识部分 032
2.1.1 单腿运动学建模 032
2.1.2 单腿运动控制方法 036
2.2 单腿运动控制仿真实验部分 039
2.2.1 模型搭建 039
2.2.2 程序框架分析 043
2.2.3 位置控制 044
2.2.4 PD控制 045
2.2.5 位置阻抗控制 046
2.2.6 基于虚拟模型的主动柔顺控制 046
思考与作业 048
参考文献 048
本章附录 048
第3章 基于SLIP的3D单腿稳定控制 051
3.1 基于SLIP的3D单腿稳定控制知识部分 052
3.1.1 背景知识 052
3.1.2 “三段式”控制 053
3.1.3 平面单腿控制算法 054
3.1.4 三维平面内单腿控制算法 057
3.1.5 单腿替代控制方案 058
3.2 基于SLIP的3D单腿稳定控制仿真实验部分 061
3.2.1 仿真模型构建 061
3.2.2 代码分析 062
3.2.3 仿真验证 067
思考与作业 068
参考文献 068
第4章 四足机器人全身位姿运动控制 069
4.1 四足机器人全身位姿运动控制知识部分 070
4.1.1 位姿全身调整分析 070
4.1.2 URDF文件简介 072
4.2 四足机器人全身位姿运动控制仿真实验部分 076
4.2.1 仿真模型构建 076
4.2.2 代码讲解 078
4.2.3 仿真步骤 082
思考与作业 083
参考文献 084
本章附录 084
第5章 四足机器人步态运动规划 089
5.1 四足机器人步态运动规划知识部分 090
5.1.1 运动学建模 090
5.1.2 四足典型步态 092
5.1.3 步态运动规划 094
5.1.4 足端位置控制 097
5.2 四足机器人步态运动规划仿真实验部分 098
5.2.1 仿真模型构建 098
5.2.2 代码分析 099
5.2.3 仿真验证 102
思考与作业 103
参考文献 103
第6章 基于SLIP模型的四足机器人运动控制 105
6.1 基于SLIP模型的四足机器人运动控制知识部分 106
6.1.1 姿态稳定性分析 106
6.1.2 Trot步态控制器 109
6.1.3 转向控制方法 111
6.1.4 基于虚拟模型的腿部运动控制 112
6.2 基于SLIP模型的四足机器人运动控制仿真实验部分 113
6.2.1 仿真模型构建 113
6.2.2 代码分析 113
6.2.3 仿真验证 118
思考与作业 119
参考文献 119
本章附录 119
第7章 四足机器人全身虚拟模型控制 121
7.1 四足机器人全身虚拟模型控制知识部分 122
7.1.1 虚拟模型建模 122
7.1.2 支撑相虚拟模型 122
7.1.3 支撑相最优力分配 124
7.1.4 摆动相模型控制 125
7.2 四足机器人全身虚拟模型控制仿真实验部分 127
7.2.1 仿真模型构建 127
7.2.2 代码分析 128
7.2.3 仿真验证 134
思考与作业 135
参考文献 135
第8章 四足机器人模型预测控制 137
8.1 四足机器人模型预测控制知识部分 138
8.1.1 简化机器人动力学建模 138
8.1.2 状态空间构建 139
8.1.3 模型预测控制器设计 141
8.1.4 状态估计器设计 142
8.1.5 腿部控制器设计 144
8.1.6 步态规划与切换 145
8.2 四足机器人模型预测控制仿真实验部分 147
8.2.1 仿真模型构建 147
8.2.2 代码分析 147
8.2.3 仿真验证 157
思考与作业 158
参考文献 158
第9章 MPC+WBC运动控制 159
9.1 MPC+WBC运动控制知识部分 160
9.1.1 WBC方法 160
9.1.2 地形适应策略 162
9.2 MPC+WBC运动控制仿真实验部分 163
9.2.1 仿真模型 163
9.2.2 程序解析 165
思考与作业 166
参考文献 166
第10章 基于MPC与视觉感知的巡线 167
10.1 基于MPC与视觉感知的巡线知识部分 168
10.2 基于MPC与视觉感知的巡线仿真实验部分 169
10.2.1 视觉传感器构建 169
10.2.2 程序解析 172
思考与作业 174
第11章 基于GPU并行训练的强化学习 175
11.1 基于GPU并行训练的强化学习知识部分 176
11.1.1 强化学习基本理论 176
11.1.2 共性神经网络训练框架简介 180
11.1.3 基于PPO的腿足机器人训练方法 181
11.2 基于GPU并行训练的强化学习仿真实验部分 187
11.2.1 环境配置 187
11.2.2 程序解析 192
11.2.3 仿真验证 195
11.2.4 物理样机验证 197
思考与作业 200
参考文献 200
1.1 Webots环境与模型搭建知识部分 002
1.1.1 Webots安装 002
1.1.2 仿真环境认识 005
1.1.3 机器人模型搭建 006
1.1.4 机器人控制器创建 017
1.2 Webots环境与模型搭建仿真实验部分 021
思考与作业 026
参考文献 026
本章附录 026
第2章 单腿运动控制 031
2.1 单腿运动控制知识部分 032
2.1.1 单腿运动学建模 032
2.1.2 单腿运动控制方法 036
2.2 单腿运动控制仿真实验部分 039
2.2.1 模型搭建 039
2.2.2 程序框架分析 043
2.2.3 位置控制 044
2.2.4 PD控制 045
2.2.5 位置阻抗控制 046
2.2.6 基于虚拟模型的主动柔顺控制 046
思考与作业 048
参考文献 048
本章附录 048
第3章 基于SLIP的3D单腿稳定控制 051
3.1 基于SLIP的3D单腿稳定控制知识部分 052
3.1.1 背景知识 052
3.1.2 “三段式”控制 053
3.1.3 平面单腿控制算法 054
3.1.4 三维平面内单腿控制算法 057
3.1.5 单腿替代控制方案 058
3.2 基于SLIP的3D单腿稳定控制仿真实验部分 061
3.2.1 仿真模型构建 061
3.2.2 代码分析 062
3.2.3 仿真验证 067
思考与作业 068
参考文献 068
第4章 四足机器人全身位姿运动控制 069
4.1 四足机器人全身位姿运动控制知识部分 070
4.1.1 位姿全身调整分析 070
4.1.2 URDF文件简介 072
4.2 四足机器人全身位姿运动控制仿真实验部分 076
4.2.1 仿真模型构建 076
4.2.2 代码讲解 078
4.2.3 仿真步骤 082
思考与作业 083
参考文献 084
本章附录 084
第5章 四足机器人步态运动规划 089
5.1 四足机器人步态运动规划知识部分 090
5.1.1 运动学建模 090
5.1.2 四足典型步态 092
5.1.3 步态运动规划 094
5.1.4 足端位置控制 097
5.2 四足机器人步态运动规划仿真实验部分 098
5.2.1 仿真模型构建 098
5.2.2 代码分析 099
5.2.3 仿真验证 102
思考与作业 103
参考文献 103
第6章 基于SLIP模型的四足机器人运动控制 105
6.1 基于SLIP模型的四足机器人运动控制知识部分 106
6.1.1 姿态稳定性分析 106
6.1.2 Trot步态控制器 109
6.1.3 转向控制方法 111
6.1.4 基于虚拟模型的腿部运动控制 112
6.2 基于SLIP模型的四足机器人运动控制仿真实验部分 113
6.2.1 仿真模型构建 113
6.2.2 代码分析 113
6.2.3 仿真验证 118
思考与作业 119
参考文献 119
本章附录 119
第7章 四足机器人全身虚拟模型控制 121
7.1 四足机器人全身虚拟模型控制知识部分 122
7.1.1 虚拟模型建模 122
7.1.2 支撑相虚拟模型 122
7.1.3 支撑相最优力分配 124
7.1.4 摆动相模型控制 125
7.2 四足机器人全身虚拟模型控制仿真实验部分 127
7.2.1 仿真模型构建 127
7.2.2 代码分析 128
7.2.3 仿真验证 134
思考与作业 135
参考文献 135
第8章 四足机器人模型预测控制 137
8.1 四足机器人模型预测控制知识部分 138
8.1.1 简化机器人动力学建模 138
8.1.2 状态空间构建 139
8.1.3 模型预测控制器设计 141
8.1.4 状态估计器设计 142
8.1.5 腿部控制器设计 144
8.1.6 步态规划与切换 145
8.2 四足机器人模型预测控制仿真实验部分 147
8.2.1 仿真模型构建 147
8.2.2 代码分析 147
8.2.3 仿真验证 157
思考与作业 158
参考文献 158
第9章 MPC+WBC运动控制 159
9.1 MPC+WBC运动控制知识部分 160
9.1.1 WBC方法 160
9.1.2 地形适应策略 162
9.2 MPC+WBC运动控制仿真实验部分 163
9.2.1 仿真模型 163
9.2.2 程序解析 165
思考与作业 166
参考文献 166
第10章 基于MPC与视觉感知的巡线 167
10.1 基于MPC与视觉感知的巡线知识部分 168
10.2 基于MPC与视觉感知的巡线仿真实验部分 169
10.2.1 视觉传感器构建 169
10.2.2 程序解析 172
思考与作业 174
第11章 基于GPU并行训练的强化学习 175
11.1 基于GPU并行训练的强化学习知识部分 176
11.1.1 强化学习基本理论 176
11.1.2 共性神经网络训练框架简介 180
11.1.3 基于PPO的腿足机器人训练方法 181
11.2 基于GPU并行训练的强化学习仿真实验部分 187
11.2.1 环境配置 187
11.2.2 程序解析 192
11.2.3 仿真验证 195
11.2.4 物理样机验证 197
思考与作业 200
参考文献 200
