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腿足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制原理與仿真實(shí)踐教程(陳騰) 版權(quán)信息
- ISBN：9787122466259
- 條形碼：9787122466259 ; 978-7-122-46625-9
- 裝幀：平裝
- 冊(cè)數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
腿足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制原理與仿真實(shí)踐教程(陳騰) 內(nèi)容簡(jiǎn)介
本書按照關(guān)節(jié)、單腿、機(jī)器人整機(jī)的順序系統(tǒng)性地介紹腿足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、建?？刂频葍?nèi)容。全書內(nèi)容被精心設(shè)計(jì)成多章，每章都包含知識(shí)和仿真實(shí)驗(yàn)兩個(gè)部分：知識(shí)部分，從基礎(chǔ)的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模講起，逐步深入到PID控制、SLIP模型控制、模型預(yù)測(cè)控制（MPC）、全身動(dòng)力學(xué)控制等腿足機(jī)器人先進(jìn)的控制方法；仿真實(shí)驗(yàn)部分，每個(gè)工程項(xiàng)目提供了詳細(xì)的指導(dǎo)，包括Webots環(huán)境的熟悉、機(jī)器人模型的搭建、控制器的創(chuàng)建以及仿真驗(yàn)證調(diào)試等。通過本書的學(xué)習(xí)，讀者能夠系統(tǒng)地掌握腿足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)，并通過仿真實(shí)踐提升機(jī)器人自主運(yùn)動(dòng)等方面的專業(yè)技能。 本書是高等院校機(jī)器人工程、機(jī)械電子工程等專業(yè)的教材，同時(shí)也適合從事機(jī)器人研究的相關(guān)人員閱讀。
腿足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制原理與仿真實(shí)踐教程(陳騰)腿足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制原理與仿真實(shí)踐教程(陳騰) 前言
隨著科技的不斷進(jìn)步，機(jī)器人技術(shù)已成為推動(dòng)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的重要力量。在眾多機(jī)器人類型中，腿足機(jī)器人因其在復(fù)雜環(huán)境中具有卓越的適應(yīng)性和靈活性，受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。腿足機(jī)器人的設(shè)計(jì)和控制是一個(gè)多學(xué)科交叉的領(lǐng)域，涉及機(jī)械工程、電子工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能等多個(gè)學(xué)科。為了培養(yǎng)能夠適應(yīng)未來機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的專業(yè)人才，山東大學(xué)機(jī)器人工程專業(yè)開設(shè)了“智能機(jī)器人綜合實(shí)踐Ⅰ”課程，本書正是在這一實(shí)踐課程的基礎(chǔ)上編寫而成的，旨在為機(jī)器人工程專業(yè)的本科實(shí)踐教學(xué)提供一本全面的教材和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。
本書是山東大學(xué)機(jī)器人工程專業(yè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和科研成果的結(jié)晶。在“智能機(jī)器人綜合實(shí)踐Ⅰ”課程的教學(xué)過程中，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)于腿足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的理論知識(shí)和實(shí)踐技能有著迫切的學(xué)習(xí)需求。為了更好地滿足這一需求，我們編寫了這本既包含核心理論知識(shí)，又提供豐富實(shí)踐指導(dǎo)的教材。本書的編寫過程中，我們注重以下幾個(gè)方面。
① 理實(shí)結(jié)合：每一章都分為知識(shí)和仿真實(shí)驗(yàn)兩個(gè)部分，使學(xué)生能夠在理解理論的基礎(chǔ)上，通過實(shí)踐加深理解。
② 由淺入深：內(nèi)容安排上，從基礎(chǔ)的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模開始，逐步過渡到復(fù)雜的控制算法，使學(xué)生能夠循序漸進(jìn)地掌握知識(shí)。
腿足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制原理與仿真實(shí)踐教程(陳騰) 目錄
第1章 Webots環(huán)境熟悉與簡(jiǎn)單模型搭建 001
1.1 Webots環(huán)境與模型搭建知識(shí)部分 002
1.1.1 Webots安裝 002
1.1.2 仿真環(huán)境認(rèn)識(shí) 005
1.1.3 機(jī)器人模型搭建 006
1.1.4 機(jī)器人控制器創(chuàng)建 017
1.2 Webots環(huán)境與模型搭建仿真實(shí)驗(yàn)部分 021
思考與作業(yè) 026
參考文獻(xiàn) 026
本章附錄 026
第2章 單腿運(yùn)動(dòng)控制 031
2.1 單腿運(yùn)動(dòng)控制知識(shí)部分 032
2.1.1 單腿運(yùn)動(dòng)學(xué)建模 032
2.1.2 單腿運(yùn)動(dòng)控制方法 036
2.2 單腿運(yùn)動(dòng)控制仿真實(shí)驗(yàn)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 基于虛擬模型的主動(dòng)柔順控制 046
思考與作業(yè) 048
參考文獻(xiàn) 048
本章附錄 048
第3章 基于SLIP的3D單腿穩(wěn)定控制 051
3.1 基于SLIP的3D單腿穩(wěn)定控制知識(shí)部分 052
3.1.1 背景知識(shí) 052
3.1.2 “三段式”控制 053
3.1.3 平面單腿控制算法 054
3.1.4 三維平面內(nèi)單腿控制算法 057
3.1.5 單腿替代控制方案 058
3.2 基于SLIP的3D單腿穩(wěn)定控制仿真實(shí)驗(yàn)部分 061
3.2.1 仿真模型構(gòu)建 061
3.2.2 代碼分析 062
3.2.3 仿真驗(yàn)證 067
思考與作業(yè) 068
參考文獻(xiàn) 068
第4章 四足機(jī)器人全身位姿運(yùn)動(dòng)控制 069
4.1 四足機(jī)器人全身位姿運(yùn)動(dòng)控制知識(shí)部分 070
4.1.1 位姿全身調(diào)整分析 070
4.1.2 URDF文件簡(jiǎn)介 072
4.2 四足機(jī)器人全身位姿運(yùn)動(dòng)控制仿真實(shí)驗(yàn)部分 076
4.2.1 仿真模型構(gòu)建 076
4.2.2 代碼講解 078
4.2.3 仿真步驟 082
思考與作業(yè) 083
參考文獻(xiàn) 084
本章附錄 084
第5章 四足機(jī)器人步態(tài)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃 089
5.1 四足機(jī)器人步態(tài)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃知識(shí)部分 090
5.1.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)建模 090
5.1.2 四足典型步態(tài) 092
5.1.3 步態(tài)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃 094
5.1.4 足端位置控制 097
5.2 四足機(jī)器人步態(tài)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃仿真實(shí)驗(yàn)部分 098
5.2.1 仿真模型構(gòu)建 098
5.2.2 代碼分析 099
5.2.3 仿真驗(yàn)證 102
思考與作業(yè) 103
參考文獻(xiàn) 103
第6章 基于SLIP模型的四足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制 105
6.1 基于SLIP模型的四足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制知識(shí)部分 106
6.1.1 姿態(tài)穩(wěn)定性分析 106
6.1.2 Trot步態(tài)控制器 109
6.1.3 轉(zhuǎn)向控制方法 111
6.1.4 基于虛擬模型的腿部運(yùn)動(dòng)控制 112
6.2 基于SLIP模型的四足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制仿真實(shí)驗(yàn)部分 113
6.2.1 仿真模型構(gòu)建 113
6.2.2 代碼分析 113
6.2.3 仿真驗(yàn)證 118
思考與作業(yè) 119
參考文獻(xiàn) 119
本章附錄 119
第7章 四足機(jī)器人全身虛擬模型控制 121
7.1 四足機(jī)器人全身虛擬模型控制知識(shí)部分 122
7.1.1 虛擬模型建模 122
7.1.2 支撐相虛擬模型 122
7.1.3 支撐相*優(yōu)力分配 124
7.1.4 擺動(dòng)相模型控制 125
7.2 四足機(jī)器人全身虛擬模型控制仿真實(shí)驗(yàn)部分 127
7.2.1 仿真模型構(gòu)建 127
7.2.2 代碼分析 128
7.2.3 仿真驗(yàn)證 134
思考與作業(yè) 135
參考文獻(xiàn) 135
第8章 四足機(jī)器人模型預(yù)測(cè)控制 137
8.1 四足機(jī)器人模型預(yù)測(cè)控制知識(shí)部分 138
8.1.1 簡(jiǎn)化機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模 138
8.1.2 狀態(tài)空間構(gòu)建 139
8.1.3 模型預(yù)測(cè)控制器設(shè)計(jì) 141
8.1.4 狀態(tài)估計(jì)器設(shè)計(jì) 142
8.1.5 腿部控制器設(shè)計(jì) 144
8.1.6 步態(tài)規(guī)劃與切換 145
8.2 四足機(jī)器人模型預(yù)測(cè)控制仿真實(shí)驗(yàn)部分 147
8.2.1 仿真模型構(gòu)建 147
8.2.2 代碼分析 147
8.2.3 仿真驗(yàn)證 157
思考與作業(yè) 158
參考文獻(xiàn) 158
第9章 MPC WBC運(yùn)動(dòng)控制 159
9.1 MPC WBC運(yùn)動(dòng)控制知識(shí)部分 160
9.1.1 WBC方法 160
9.1.2 地形適應(yīng)策略 162
9.2 MPC WBC運(yùn)動(dòng)控制仿真實(shí)驗(yàn)部分 163
9.2.1 仿真模型 163
9.2.2 程序解析 165
思考與作業(yè) 166
參考文獻(xiàn) 166
第10章 基于MPC與視覺感知的巡線 167
10.1 基于MPC與視覺感知的巡線知識(shí)部分 168
10.2 基于MPC與視覺感知的巡線仿真實(shí)驗(yàn)部分 169
10.2.1 視覺傳感器構(gòu)建 169
10.2.2 程序解析 172
思考與作業(yè) 174
第11章 基于GPU并行訓(xùn)練的強(qiáng)化學(xué)習(xí) 175
11.1 基于GPU并行訓(xùn)練的強(qiáng)化學(xué)習(xí)知識(shí)部分 176
11.1.1 強(qiáng)化學(xué)習(xí)基本理論 176
11.1.2 共性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練框架簡(jiǎn)介 180
11.1.3 基于PPO的腿足機(jī)器人訓(xùn)練方法 181
11.2 基于GPU并行訓(xùn)練的強(qiáng)化學(xué)習(xí)仿真實(shí)驗(yàn)部分 187
11.2.1 環(huán)境配置 187
11.2.2 程序解析 192
11.2.3 仿真驗(yàn)證 195
11.2.4 物理樣機(jī)驗(yàn)證 197
思考與作業(yè) 200
參考文獻(xiàn) 200
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腿足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制原理與仿真實(shí)踐教程(陳騰) 作者簡(jiǎn)介
陳騰，博士，山東大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)師，主要研究仿生腿足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制、感知導(dǎo)航以及強(qiáng)化學(xué)習(xí)，山東省青創(chuàng)團(tuán)隊(duì)“智能輪足人形機(jī)器人創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”負(fù)責(zé)人；主持/參與國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、863項(xiàng)目等10余項(xiàng)項(xiàng)目，獲山東省技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、中國自動(dòng)化學(xué)會(huì)技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、山東自動(dòng)化學(xué)會(huì)技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，在JFR、RAL、RAS以及ICRA、IROS等機(jī)器人期刊和會(huì)議發(fā)表論文20篇，申請(qǐng)/授權(quán)發(fā)明專利10余項(xiàng)。
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