前言

第1章四足機器人概述及實踐準備1

1.1四足機器人發展現狀1

1.2四足機器人的組成2

1.3課程準備2

第2章關節電機4

2.1四足機器人的動力系統4

2.2關節電機硬件概述5

2.3關節電機的混合控制6

2.4關節電機的線路連接6

2.5關節電機的配置7

2.6Python范例試運行9

2.7電機控制模式11

2.8移植到其他上位機平臺13

第3章機器人仿真與控制框架19

3.1ROS與Gazebo簡介19

3.2面向對象程序設計20

3.3有限狀態機22

3.4實踐:讓機器人站起來25

3.5編譯源代碼30

3.6實踐:控制真實機器人并配置網絡34

第4章剛體運動學43

4.1二維平面旋轉矩陣43

4.2三維空間旋轉矩陣45

4.3繞任意轉軸的旋轉矩陣與指數坐標48

4.4二維平面剛體運動54

4.5三維空間剛體運動55

4.6歐拉角59

4.7實踐:在C++中進行矩陣運算60

第5章單腿的運動學與靜力學65

5.1正向運動學65

5.2逆向運動學68

5.3一階微分運動學與靜力學71

5.4擺動腿的控制74

5.5實踐:讓腿動起來74

第6章四足機器人的運動學與動力學77

6.1四足機器人的運動學77

6.2四足機器人的動力學80

6.3剛體的慣性張量83

6.4四足機器人的動力學簡化方程84

6.5實踐:機器人的原地姿態控制86

第7章四足機器人的狀態估計器88

7.1IMU88

7.2狀態空間模型89

7.3矩陣微積分92

7.4二次規劃93

7.5概率理論93

7.6*小二乘估計95

7.7離散卡爾曼濾波器99

7.8協方差的測量100

7.9離散卡爾曼濾波器的參數調試103

7.10實踐:完成狀態估計器105

第8章平衡控制器109

8.1機身位姿反饋控制109

8.2足端力控制113

8.3求解機器人動力學方程114

8.4四足機器人的簡化逆向動力學116

8.5四足機器人簡化模型的質量屬性117

8.6實踐:通過控制足端力來控制機器人位姿118

第9章四足機器人的步態與軌跡規劃122

9.1四足機器人的常用步態122

9.2落腳點規劃124

9.3擺動腿足端的軌跡規劃126

9.4實踐:步態與軌跡規劃相關代碼128

第10章四足機器人的行走控制器131

10.1行走控制器的控制邏輯131

10.2State_Trotting類簡介131

10.3實時進程133

10.4行走控制器的運行流程134

10.5行走控制器的調試136

10.6在機器人上編譯控制程序137

10.7行走控制器的改進方向139

第11章四足機器人的感知與導航141

11.1機器人距離傳感器141

11.2ROS導航功能包142

11.3機器人控制程序接口146

11.4實踐:在ROS中仿真導航功能147

11.5實踐:在實機中實現導航功能149

參考文獻154