人形機器人（原書第2版）






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	目錄第2版前言第1版前言第1章人形機器人概論11·1人形機器人簡介1 1·1·1什麼是人形機器人1 1·1·2人形機器人歷史2 1·2本書章節內容4 1·3人形機器人的研發動向5 1·3·1人類合作、共存型機器人系統研發專案（1998—2002）5 1·3·2類人形機器人研究的擴大與擴展（2005—2012）6 1·3·3核電站事故與DARPA 機器人挑戰賽 (2011—2015)10 1·3·4DRC之後（2015—2020）14 1·4展望17 1·5拓展：相關書籍17 第2章機器人運動學192·1座標變換19 2·1·1世界坐標系20 2·1·2局部坐標系和同次變換矩陣20 2·1·3基於一個局部座標系定義另一個局部坐標系22 2·1·4同次變換矩陣的鏈式法則24 2·2旋轉運動的性質24 2·2·1滾轉、俯仰、偏轉的表現方式24 2·2·2旋轉矩陣的含義26 2·2·3旋轉矩陣的逆矩陣26 2·2·4角速度向量27 2·2·5旋轉矩陣的微分和角速度向量的關係30 2·2·6角速度向量的積分和旋轉矩陣的關係31 2·2·7矩陣對數函數32 2·3物體在三維空間的速度和角速度33 2·3·1單個物體的速度和角速度33 2·3·2兩個物體的速度和角速度34 2·4人形機器人的分割方法和控制程式36 2·4·1分割方法36 2·4·2控制程式38 2·5人形機器人的運動學40 2·5·1模型的生成方法40 2·5·2從關節角度求連杆位置和姿態:正向運動學42 2·5·3從連杆的位置和姿態求關節角度：反向運動學44 2·5·4反向運動學的數值解法47 2·5·5雅可比52 2·5·6雅可比的關節速度53 2·5·7奇異姿態56 2·5·8針對奇異姿態的反向運動學計算57 2·5·9使用餘因數矩陣的方法60 2·6拓展：輔助函數61 第3章 ZMP和機器人動力學63 3·1ZMP和地面反作用力63 3·1·1ZMP63 3·1·2二維解析65 3·1·3三維解析67 3·2ZMP的測量70 3·2·1一般的情況71 3·2·2單腳支撐下的ZMP72 3·2·3雙腳支撐下的ZMP75 3·3人形機器人的動力學76 3·3·1人形機器人的運動與地面反作用力76 3·3·2動量78 3·3·3角動量79 3·3·4剛體的角動量和慣性張量81 3·3·5計算整個機器人的重心位置83 3·3·6計算機器人全身的動量83 3·3·7計算機器人全身的角動量84 3·4根據機器人的運動計算 ZMP85 3·4·1匯出ZMP85 3·4·2近似計算ZMP86 3·5關於ZMP的注意事項88 3·5·1兩個種類的說明88 3·5·2在重心的加速運動中ZMP會脫離支撐多邊形嗎89 3·5·3ZMP無法處理的情況90 3·6ZMP的六維擴展CWS91 3·6·1接觸力螺旋和CWS 的接觸穩定性判定91 3·6·2ZMP和CWS的等價性95 3·6·3CWC的樓梯接觸穩定性判定99 3·7拓展:凸集和凸包100 3·7·1凸集　（convex set）100 3·7·2凸包 (convex hull) 100 第4章雙足行走102 4·1如何實現雙足行走102 4·2二維步態模式103 4·2·1倒立擺103 4·2·2線性倒立擺的動作106 4·2·3軌道能108 4·2·4通過切換支撐腿進行控制109 4·2·5規劃一個簡單的步態模式110 4·2·6擴展到不平表面112 4·3三維步態模式115 4·3·1三維線性倒立擺115 4·3·2生成三維步態模式117 4·3·3引入雙腿支撐期124 4·3·4從線性倒立擺到多連杆模型126 4·3·5應用於實際機器人126 4·4生成以ZMP為規范的步態模式128 4·4·1檯面/小車模型128 4·4·2離線生成步態模式130 4·4·3線上生成步態模式132 4·4·4使用預見控制的動力學濾波器137 4·5步態穩定控制系統139 4·5·1重心和ZMP測量140 4·5·2重心和ZMP回饋143 4·5·3ZMP分配144 4·5·4地面反作用力