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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。
作者简介
作者梶田秀司，是日本的机器人研究者，获得东京工业大学工学博士学位。在产业技术综合研究所开发了人类机器人HRP-2和HRP-4C。实现了基于倒立摆的双足行走机器人的控制，以及基于运动量和角动量的人形机器人的全身控制。
他曾在东京工业大学机器人技术研究会工作，也担任过产业技术综合研究所机械技术研究所主任研究员，日本产业技术综合研究所智能系统研究部门主任研究员，现为中部大学的客座教授。
章节目录
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
人形机器人（原书第2版）是2024年由机械工业出版社出版,作者[日] 梶田秀司。
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