四足机器人控制算法——建模、控制与实践

本书系统地介绍了四足机器人的相关技术，从*基础的机器人关节电机和仿真环境开始逐步深入，介绍了机器人的运动学与动力学，讲解了四足机器人的状态估计器与行走控制器，最后还给出了四足机器人通过雷达或视觉传感器实现导航避障的实例。书中大部分章节都搭配有实践环节，方便读者深入理解相关算法。本书配套有完整的开源代码，读者可以从零开始完成四足机器人的行走控制程序。本书可作为机器人相关专业的本科生和硕士研究生的教学用书，也可供足式机器人领域的博士研究生和研发人员参考。

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最小二乘估计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