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第1章 绪论1

1.1 被动动态行走双足机器人的研究现状1

1.1.1 被动动态行走双足机器人的研究背景1

1.1.2 被动动态行走双足机器人的发展现状2

1.1.3 被动动态行走双足机器人的控制问题7

1.1.4 被动动态行走双足机器人的稳定性分析11

1.1.5 存在的主要问题13

1.2 本书的主要内容与章节安排14

1.2.1 研究目标及主要研究内容14

1.2.2 科研项目资助情况14

1.2.3 章节安排14

参考文献15

第2章 被动动态行走双足机器人的动力学建模25

2.1 引言25

2.2 无膝关节的双足步行机器人的动力学建模26

2.2.1 模型描述26

2.2.2 单腿支撑的摆动阶段的动力学建模27

2.2.3 摆动腿与地瞬间碰撞切换模型29

2.2.4 无膝关节双足步行机器人行走步态的脉冲混杂模型31

2.2.5 无膝关节的双足步行机器人被动动态行走步态的仿真研究33

2.3 带膝关节的双足步行机器人的动力学建模36

2.3.1 模型描述36

2.3.2 步态描述37

2.3.3 带膝关节的双足步行机器人的动力学具体模型39

2.3.4 带膝关节的双足步行机器人行走步态的脉冲混杂模型47

2.3.5 带膝关节的双足步行机器人行走步态的仿真研究48

2.4 本章小结52

参考文献52

第3章 被动动态行走机器人的稳定性分析54

3.1 引言54

3.2 被动动态行走机器人的局部稳定性分析55

3.2.1 周期步态轨道稳定性定义55

3.2.2 庞加莱映射法56

3.2.3 利用庞加莱映射法研究双足被动动态行走机器人行走步态的局部稳定性59

3.3 被动动态行走机器人的全局稳定性分析69

3.3.1 胞映射原理与基本概念69

3.3.2 庞加莱型胞映射法70

3.3.3 变胞胞映射-点映射法72

3.3.4 数值实验74

3.4 本章小结78

参考文献79

第4章 被动动态行走机器人的混沌步态与控制81

4.1 引言81

4.2 混沌运动与混沌控制82

4.2.1 混沌的定义及特点82

4.2.2 混沌的判别方法82

4.2.3 混沌控制的主要方法83

4.3 被动动态行走机器人的倍周期步态与混沌步态84

4.3.1 被动动态行走机器人动力学方程的无量纲化84

4.3.2 带膝关节的双足机器人被动动态行走步态的倍周期现象85

4.3.3 倍周期步态与混沌步态的出现与参数的关系87

4.4 被动动态行走混沌步态的控制策略研究89

4.4.1 延迟反馈控制思想89

4.4.2 控制器设计的仿生学依据89

4.4.3 自适应常值驱动与传感反馈结合的仿生行走控制90

4.4.4 仿真实验92

4.5 本章小结95

参考文献96

第5章 被动动态行走机器人大范围稳定行走控制策略的研究98

5.1 引言98

5.2 双足被动动态行走机器人的控制策略99

5.2.1 角度不变控制99

5.2.2 基于能量的角度不变控制101

5.3 有限时间鲁棒轨迹跟踪控制103

5.3.1 最小能耗参考轨迹的生成104

5.3.2 最小能耗参考轨迹的数值实验105

5.3.3 有限时间鲁棒轨迹跟踪控制器107

5.3.4 有限时间鲁棒轨迹跟踪控制的仿真实验112

5.4 变路况切换控制115

5.4.1 控制器设计115

5.4.2 仿真结果118

5.5 基于被动动态行走原理的混合控制124

5.6 大范围稳定行走控制127

5.6.1 模型描述127

5.6.2 控制算法129

5.6.3 稳定性证明129

5.6.4 仿真实验130

5.7 本章小结133

参考文献134

第6章 被动动态行走机器人速度控制研究137

6.1 引言137

6.2 重力场参数与步行速度的关系138

6.3 基于势能补偿的速度控制140

6.3.1 控制器设计140

6.3.2 受控过程的能量分析142

6.4 速度切换控制143

6.4.1 控制器设计143

6.4.2 仿真实验148

6.5 本章小结151

参考文献152

结束语154

索引157