四足机器人控制算法——建模、控制与实践

前言

第1章四足机器人概述及实践准备1

1.1四足机器人发展现状1

1.2四足机器人的组成2

1.3课程准备2

第2章关节电机4

2.1四足机器人的动力系统4

2.2关节电机硬件概述5

2.3关节电机的混合控制6

2.4关节电机的线路连接6

2.5关节电机的配置7

2.6Python范例试运行9

2.7电机控制模式11

2.8移植到其他上位机平台13

第3章机器人仿真与控制框架19

3.1ROS与Gazebo简介19

3.2面向对象程序设计20

3.3有限状态机22

3.4实践:让机器人站起来25

3.5编译源代码30

3.6实践:控制真实机器人并配置网络34

第4章刚体运动学43

4.1二维平面旋转矩阵43

4.2三维空间旋转矩阵45

4.3绕任意转轴的旋转矩阵与指数坐标48

4.4二维平面刚体运动54

4.5三维空间刚体运动55

4.6欧拉角59

4.7实践:在C++中进行矩阵运算60

第5章单腿的运动学与静力学65

5.1正向运动学65

5.2逆向运动学68

5.3一阶微分运动学与静力学71

5.4摆动腿的控制74

5.5实践:让腿动起来74

第6章四足机器人的运动学与动力学77

6.1四足机器人的运动学77

6.2四足机器人的动力学80

6.3刚体的惯性张量83

6.4四足机器人的动力学简化方程84

6.5实践:机器人的原地姿态控制86

第7章四足机器人的状态估计器88

7.1IMU88

7.2状态空间模型89

7.3矩阵微积分92

7.4二次规划93

7.5概率理论93

7.6*小二乘估计95

7.7离散卡尔曼滤波器99

7.8协方差的测量100

7.9离散卡尔曼滤波器的参数调试103

7.10实践:完成状态估计器105

第8章平衡控制器109

8.1机身位姿反馈控制109

8.2足端力控制113

8.3求解机器人动力学方程114

8.4四足机器人的简化逆向动力学116

8.5四足机器人简化模型的质量属性117

8.6实践:通过控制足端力来控制机器人位姿118

第9章四足机器人的步态与轨迹规划122

9.1四足机器人的常用步态122

9.2落脚点规划124

9.3摆动腿足端的轨迹规划126

9.4实践:步态与轨迹规划相关代码128

第10章四足机器人的行走控制器131

10.1行走控制器的控制逻辑131

10.2State_Trotting类简介131

10.3实时进程133

10.4行走控制器的运行流程134

10.5行走控制器的调试136

10.6在机器人上编译控制程序137

10.7行走控制器的改进方向139

第11章四足机器人的感知与导航141

11.1机器人距离传感器141

11.2ROS导航功能包142

11.3机器人控制程序接口146

11.4实践:在ROS中仿真导航功能147

11.5实践:在实机中实现导航功能149

参考文献154