Bipedal Robots pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Chevallereau, Christine

出品人:

页数:328

译者:

出版时间:2009-1

价格:£ 105.00

装帧:

isbn号码:9781848210769

丛书系列:

图书标签:

机器人
双足机器人
机器人学
控制系统
人工智能
机械工程
运动规划
步态规划
生物启发
仿生机器人

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具体描述

This book presents various techniques to carry out the gait modeling, the gait patterns synthesis, and the control of biped robots. Some general information on the human walking, a presentation of the current experimental biped robots, and the application of walking bipeds are given. The modeling is based on the decomposition on a walking step into different sub-phases depending on the way each foot stands into contact on the ground. The robot design is dealt with according to the mass repartition and the choice of the actuators. Different ways to generate walking patterns are considered, such as?passive walking and gait synthesis performed using optimization technique. Control based on the robot modeling, neural network methods, or intuitive approaches are presented. The unilaterality of contact is dealt with using on-line adaptation of the desired motion.

巨像的黎明：非人行机器人的演进与未来图书名称：巨像的黎明：非人行机器人的演进与未来作者： [此处留空，意指该领域内多位资深研究人员的集体智慧结晶] 出版社：工业动力学出版社图书页数： 780页定价： 198.00 元 --- 内容概要：跨越地面的界限《巨像的黎明：非人行机器人的演进与未来》是一部全面而深入探讨轮式、履带式、飞行式以及其他非常规运动机制机器人技术的专著。本书深刻剖析了自二十世纪中叶以来，工程师和科学家们如何致力于设计和构建超越双足限制的移动机器人系统，以应对从极端地形探索到复杂工业环境操作的各种挑战。本书的核心论点在于，在许多实际应用场景中，非人行结构——尤其是多足、轮式、履带式以及结合了空气动力学原理的系统——展现出比传统双足机器人更优越的能效、稳定性和载荷能力。它不是对特定机器人型号的流水账式记录，而是对驱动这些系统发展的底层原理、关键技术突破、以及未来发展方向的系统性梳理。 --- 第一部分：基础理论与运动学的拓扑学本部分奠定了非人行机器人运动学的理论基础，重点关注非完全约束系统的动力学建模。第一章：多足运动学的几何学本章详细分析了四足、六足乃至八足机器人的静态和动态稳定性。重点探讨了零力矩点（ZMP）在多足系统中的扩展应用，以及如何通过步态规划算法（如交替三足支撑、波形步态）实现崎岖地形的平稳穿越。内容深入到逆运动学的解析解和数值逼近方法，特别是在关节冗余度较高的情况下如何优化能量消耗。第二章：轮式与履带式系统的接触力学传统上被视为基础技术的轮式和履带系统，在本章中被提升到高级研究层面。我们探讨了泥土-轮胎/履带相互作用的本构模型，如Terramech模型和不同土壤类型下的摩擦椭圆理论。重点分析了摇臂式悬架（Rock-Knee System）和主动式变截面履带在提高越障能力和维持载荷水平方面的突破性设计。此外，还详细考察了在坡度变化和侧倾角度下的稳定性裕度计算。第三章：动力学建模与能效优化本章关注机器人的运动学与动力学的耦合。引入了拉格朗日方程和哈密顿原理在非完整系统建模中的应用。针对轮式和履带系统，我们详细推导了在给定速度剖面下的驱动扭矩需求与能量消耗模型。本章的亮点是对准静态优化的探讨，即机器如何在保持运动连续性的同时，最小化瞬时功率需求，这对于电池供电的远程勘探机器人至关重要。 --- 第二部分：环境感知与适应性导航非人行机器人在复杂环境中的有效性，取决于其对环境的感知能力和即时适应性。本部分聚焦于传感器融合和高级路径规划。第四章：地形评估与三维重构本章不再局限于简单的激光雷达测距，而是深入探讨多模态传感器融合在地形理解中的作用。分析了同步定位与地图构建（SLAM）算法，特别是针对高动态环境（如快速移动的履带车或飞行器）的扩展卡尔曼滤波（EKF）和粒子滤波（PF）的改进版本。详细对比了结构光、飞行时间（ToF）相机与高频声纳在识别软土、碎石坡和冰面等不同地质结构时的优劣。第五章：越障与适应性运动控制这是本书最具实践意义的部分之一。它描述了机器人如何利用其特定的运动结构来克服障碍。例如，四足机器人在面对深沟时，如何通过高抬腿规划和躯干倾斜补偿来维持重心稳定。对于履带系统，重点讲解了主动式爬坡策略——如何调整前后履带的速度差和张力来优化牵引力与地面压力，避免陷车。第六章：群体智能与协同导航本章探讨了多台非人行机器人协同作业的机制。分析了去中心化的分布式控制算法，例如基于蚁群优化（Ant Colony Optimization, ACO）的路径发现和负载均衡。详细讨论了机器人网络拓扑结构的动态重构，确保在部分节点失效时，整个任务链仍能保持弹性。这对于大规模的火星表面勘探或灾后搜救任务具有决定性意义。 --- 第三部分：非常规运动范式与未来工程挑战本部分着眼于现有技术的局限，并展望了更具颠覆性的非人行运动形式。第七章：空中与水下载具的耦合运动本章深入探讨了垂直起降（VTOL）和固定翼飞行器的能量效率问题。重点分析了复合式无人机（如倾转旋翼设计）在低速悬停与高速巡航之间的气动过渡控制。对于水下机器人（AUV），则讨论了仿生鳍式推进与传统螺旋桨推进的能耗对比，以及在复杂水流中如何利用浮力姿态控制减少对主动推进器的依赖。第八章：材料科学与结构轻量化机器人的性能受限于其自重。本章讨论了先进复合材料（如碳纳米管增强聚合物和形状记忆合金）在轻量化结构设计中的应用。重点分析了拓扑优化算法如何指导制造出具有极高刚度和韧性的蜂窝状或桁架式底盘，以实现在保证载荷的前提下，最大化续航里程。第九章：极端环境下的可靠性与维护针对深海、高辐射或极寒地区的机器人系统，本章探讨了冗余设计与容错计算。讨论了自修复与自我诊断机制，例如利用嵌入式传感器网络实时监测结构疲劳和磨损，并自动调整负载分配或切换到备份驱动单元。最后，对未来完全自主维护系统（Self-Maintenance Systems）的实现路径进行了展望。 --- 总结与展望《巨像的黎明》旨在为机械工程师、控制理论专家和机器人系统集成商提供一个坚实的理论框架和丰富的工程案例。它清晰地勾勒出一条技术路线图：即通过对非人行运动学、先进感知技术以及新型材料的持续创新，实现能够在地球上最严酷的环境中高效、可靠地执行任务的下一代移动机器人系统。本书的价值在于它强调了运动的多样性——不是每项任务都需要模仿人类的行走方式，更高效的解决方案往往潜藏于对轮、履带、足乃至空气和水的深刻理解之中。 --- 目标读者：高级机器人学研究生、机械工程研发人员、航空航天及深空探测领域的技术人员。关键词：轮式机器人、履带系统、多足运动学、地形适应、SLAM、非完整系统、能效优化、复合材料、容错控制。