第1章 Webots環(huán)境熟悉與簡(jiǎn)單模型搭建 001
1.1 Webots環(huán)境與模型搭建知識(shí)部分 002
1.1.1 Webots安裝 002
1.1.2 仿真環(huán)境認(rèn)識(shí) 005
1.1.3 機(jī)器人模型搭建 006
1.1.4 機(jī)器人控制器創(chuàng)建 017
1.2 Webots環(huán)境與模型搭建仿真實(shí)驗(yàn)部分 021
思考與作業(yè) 026
參考文獻(xiàn) 026
本章附錄 026

第2章 單腿運(yùn)動(dòng)控制 031
2.1 單腿運(yùn)動(dòng)控制知識(shí)部分 032
2.1.1 單腿運(yùn)動(dòng)學(xué)建模 032
2.1.2 單腿運(yùn)動(dòng)控制方法 036
2.2 單腿運(yùn)動(dòng)控制仿真實(shí)驗(yàn)部分 039
2.2.1 模型搭建 039
2.2.2 程序框架分析 043
2.2.3 位置控制 044
2.2.4 PD控制 045
2.2.5 位置阻抗控制 046
2.2.6 基于虛擬模型的主動(dòng)柔順控制 046
思考與作業(yè) 048
參考文獻(xiàn) 048
本章附錄 048

第3章 基于SLIP的3D單腿穩(wěn)定控制 051
3.1 基于SLIP的3D單腿穩(wěn)定控制知識(shí)部分 052
3.1.1 背景知識(shí) 052
3.1.2 “三段式”控制 053
3.1.3 平面單腿控制算法 054
3.1.4 三維平面內(nèi)單腿控制算法 057
3.1.5 單腿替代控制方案 058
3.2 基于SLIP的3D單腿穩(wěn)定控制仿真實(shí)驗(yàn)部分 061
3.2.1 仿真模型構(gòu)建 061
3.2.2 代碼分析 062
3.2.3 仿真驗(yàn)證 067
思考與作業(yè) 068
參考文獻(xiàn) 068

第4章 四足機(jī)器人全身位姿運(yùn)動(dòng)控制 069
4.1 四足機(jī)器人全身位姿運(yùn)動(dòng)控制知識(shí)部分 070
4.1.1 位姿全身調(diào)整分析 070
4.1.2 URDF文件簡(jiǎn)介 072
4.2 四足機(jī)器人全身位姿運(yùn)動(dòng)控制仿真實(shí)驗(yàn)部分 076
4.2.1 仿真模型構(gòu)建 076
4.2.2 代碼講解 078
4.2.3 仿真步驟 082
思考與作業(yè) 083
參考文獻(xiàn) 084
本章附錄 084

第5章 四足機(jī)器人步態(tài)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃 089
5.1 四足機(jī)器人步態(tài)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃知識(shí)部分 090
5.1.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)建模 090
5.1.2 四足典型步態(tài) 092
5.1.3 步態(tài)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃 094
5.1.4 足端位置控制 097
5.2 四足機(jī)器人步態(tài)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃仿真實(shí)驗(yàn)部分 098
5.2.1 仿真模型構(gòu)建 098
5.2.2 代碼分析 099
5.2.3 仿真驗(yàn)證 102
思考與作業(yè) 103
參考文獻(xiàn) 103
第6章 基于SLIP模型的四足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制 105
6.1 基于SLIP模型的四足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制知識(shí)部分 106
6.1.1 姿態(tài)穩(wěn)定性分析 106
6.1.2 Trot步態(tài)控制器 109
6.1.3 轉(zhuǎn)向控制方法 111
6.1.4 基于虛擬模型的腿部運(yùn)動(dòng)控制 112
6.2 基于SLIP模型的四足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制仿真實(shí)驗(yàn)部分 113
6.2.1 仿真模型構(gòu)建 113
6.2.2 代碼分析 113
6.2.3 仿真驗(yàn)證 118
思考與作業(yè) 119
參考文獻(xiàn) 119
本章附錄 119

第7章 四足機(jī)器人全身虛擬模型控制 121
7.1 四足機(jī)器人全身虛擬模型控制知識(shí)部分 122
7.1.1 虛擬模型建模 122
7.1.2 支撐相虛擬模型 122
7.1.3 支撐相最優(yōu)力分配 124
7.1.4 擺動(dòng)相模型控制 125
7.2 四足機(jī)器人全身虛擬模型控制仿真實(shí)驗(yàn)部分 127
7.2.1 仿真模型構(gòu)建 127
7.2.2 代碼分析 128
7.2.3 仿真驗(yàn)證 134
思考與作業(yè) 135
參考文獻(xiàn) 135

第8章 四足機(jī)器人模型預(yù)測(cè)控制 137
8.1 四足機(jī)器人模型預(yù)測(cè)控制知識(shí)部分 138
8.1.1 簡(jiǎn)化機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模 138
8.1.2 狀態(tài)空間構(gòu)建 139
8.1.3 模型預(yù)測(cè)控制器設(shè)計(jì) 141
8.1.4 狀態(tài)估計(jì)器設(shè)計(jì) 142
8.1.5 腿部控制器設(shè)計(jì) 144
8.1.6 步態(tài)規(guī)劃與切換 145
8.2 四足機(jī)器人模型預(yù)測(cè)控制仿真實(shí)驗(yàn)部分 147
8.2.1 仿真模型構(gòu)建 147
8.2.2 代碼分析 147
8.2.3 仿真驗(yàn)證 157
思考與作業(yè) 158
參考文獻(xiàn) 158

第9章 MPC+WBC運(yùn)動(dòng)控制 159
9.1 MPC+WBC運(yùn)動(dòng)控制知識(shí)部分 160
9.1.1 WBC方法 160
9.1.2 地形適應(yīng)策略 162
9.2 MPC+WBC運(yùn)動(dòng)控制仿真實(shí)驗(yàn)部分 163
9.2.1 仿真模型 163
9.2.2 程序解析 165
思考與作業(yè) 166
參考文獻(xiàn) 166

第10章 基于MPC與視覺(jué)感知的巡線 167
10.1 基于MPC與視覺(jué)感知的巡線知識(shí)部分 168
10.2 基于MPC與視覺(jué)感知的巡線仿真實(shí)驗(yàn)部分 169
10.2.1 視覺(jué)傳感器構(gòu)建 169
10.2.2 程序解析 172
思考與作業(yè) 174

第11章 基于GPU并行訓(xùn)練的強(qiáng)化學(xué)習(xí) 175
11.1 基于GPU并行訓(xùn)練的強(qiáng)化學(xué)習(xí)知識(shí)部分 176
11.1.1 強(qiáng)化學(xué)習(xí)基本理論 176
11.1.2 共性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練框架簡(jiǎn)介 180
11.1.3 基于PPO的腿足機(jī)器人訓(xùn)練方法 181
11.2 基于GPU并行訓(xùn)練的強(qiáng)化學(xué)習(xí)仿真實(shí)驗(yàn)部分 187
11.2.1 環(huán)境配置 187
11.2.2 程序解析 192
11.2.3 仿真驗(yàn)證 195
11.2.4 物理樣機(jī)驗(yàn)證 197
思考與作業(yè) 200

參考文獻(xiàn) 200