仿壁虎机器人技术/人工智能与机器人先进技术丛书

本书介绍了国内外爬壁机器人研究现状，分析了仿壁虎机器人特点；以壁虎为仿生对象，仿生设计基于干黏附技术仿壁虎机器人，建立了仿壁虎机器人单腿的运动学模型，分析仿壁虎机器人正/逆解运动学方程；分析大壁虎的爬行步态，基于MATLAB开发设计一种针对脚掌姿态和落点位置参数可调的仿生步态规划方法；仿生设计了多种新型脚趾结构，并对脚趾结构进行受力分析，开展了不同脚趾结构和运动模式下**法向黏附力测试；设计了空间仿壁虎机器人的尾巴，使机器人在模拟微重力下可以通过尾巴来调节自身姿态；设计三维力传感器，分析了仿壁虎机器人在接触面上碰撞时的作用力对其运动稳定性的影响因素，进行了空间仿壁虎机器人碰撞着陆实验；开展了仿壁虎机器人90°墙面和180°负表面的稳定运动控制，最终实现了全空间表面粘附运动控制，验证了仿壁虎机器人运动控制对不同倾斜度表面的适应能力。
本书是第一本关于干黏附仿壁虎机器人的专著，分别从结构设计、步态规划、运动仿真、运动控制和实验测试方面进行了系统性研究的工作总结。本书适合从事仿生机器人的科学研究者阅读，对相关足式爬壁机器人研究具有一定的指导和借鉴价值。

第1章 绪论
1.1 仿壁虎机器人简介
1.2 仿壁虎机器人研究现状
1.2.1 国内外爬壁机器人研究现状
1.2.2 国外仿壁虎机器人研究现状
1.2.3 国内仿壁虎机器人研究现状
1.3 仿壁虎机器人的发展趋势
1.4 本章小结
第2章 仿壁虎机器人系统设计及其运动学分析
2.1 引言
2.2 足式步行机器人的结构设计
2.2.1 腿机构的基本要求和足数选择
2.2.2 驱动方式
2.3 壁虎骨骼结构的仿生研究
2.3.1 仿壁虎机器人的自由度设计
2.3.2 壁虎黏附系统介绍
2.3.3 仿壁虎机器人整机结构简介
2.3.4 仿壁虎机器人自主黏/脱附脚掌原理分析
2.4 运动学基础
2.4.1 位姿变换
2.4.2 仿壁虎机器人坐标系建立
2.5 仿壁虎机器人运动学分析
2.5.1 仿壁虎机器人运动学正解分析
2.5.2 仿壁虎机器人运动学逆解分析
2.6 本章小结
第3章 仿壁虎机器人步态规划及运动仿真
3.1 引言
3.2 足式机器人步态规划方法
3.2.1 足式机器人步态研究进展
3.2.2 步态描述的基本定义
3.3 仿壁虎机器人步态规划研究
3.3.1 身体运动的规划
3.3.2 腿部运动的规划
3.4 仿壁虎机器人运动仿真实验
3.4.1 步态规划程序架构设计
3.4.2 主要功能模块的设计
3.4.3 程序界面的设计与实现
3.4.4 各功能模块程序实现
3.4.5 爬壁步态规划的仿真分析
3.5 本章小结
第4章 仿壁虎机器人脚趾结构设计及其黏附性能分析
4.1 仿壁虎机器人关键黏附部件概述
4.1.1 干黏附材料微观结构
4.1.2 不同厚度基底的干黏附材料与镜面接触面积占比
4.2 黏附材料性能测试
4.2.1 宽度与法向黏附力的关系
4.2.2 宽度与切向黏附力的关系
4.2.3 黏附材料的黏附区域
4.2.4 基底材料厚度与各向异性力关系
4.2.5 黏附模型
4.3 仿壁虎脚趾结构设计及受力分析
4.3.1 仿壁虎机器人脚趾结构设计
4.3.2 仿壁虎机器人脚趾结构受力分析
4.4 仿壁虎脚掌最大法向黏附力测试
4.4.1 实验设计及平台搭建
4.4.2 仿壁虎脚掌预压力黏附性能测试实验
4.5 本章小结
第5章 空间仿壁虎机器人的姿态调控研究
5.1 仿壁虎机器人控制系统概述
5.1.1 机器人控制系统架构
5.1.2 空间仿壁虎机器人控制系统设计要求
5.2 空间仿壁虎机器人控制系统硬件设计
5.2.1 主控芯片概述
5.2.2 主控芯片最小系统电路
5.2.3 电源供电部分电路
5.2.4 通信部分电路
5.2.5 舵机控制接口电路
5.2.6 控制系统电路板布局布线原则
5.3 空间仿壁虎机器人控制系统软件设计
5.3.1 嵌入式实时操作系统介绍
5.3.2 控制系统启动程序
5.3.3 驱动程序
5.3.4 UC/OS一Ⅲ嵌入式操作系统的移植
5.4 姿态传感器简介
5.4.1 姿态传感器的规格及性能指标
5.4.2 姿态传感器工作原理
5.4.3 姿态传感器通信协议结构
5.5 驱动和测距模块简介
5.5.1 尾部电动机驱动模块
5.5.2 测距传感器模块
5.6 空间仿壁虎机器人姿态调控数学模型
5.6.1 空间仿壁虎机器人姿态调控仿真
5.6.2 空间仿壁虎机器人姿态调控样机
5.6.3 空间仿壁虎机器人转动惯量估算
5.6.4 空间仿壁虎机器人外界扰动量估算
5.7 空间仿壁虎机器人姿态调控策略
5.7.1 空间仿壁虎机器人姿态调整方法
5.7.2 空间仿壁虎机器人姿态调控算法
5.7.3 空间仿壁虎机器人姿态调控策略
5.7.4 空间仿壁虎机器人姿态调控实验
5.8 本章小结
第6章 空间仿壁虎机器人着陆碰撞研究
6.1 引言
6.2 小型三维力传感器设计
6.2.1 传感器结构设计及原理
6.2.2 弹性体应变计算
6.2.3 传感器有限元分析结果
6.2.4 静态标定与解耦分析
6.3 传感器测量电路设计
6.3.1 放大器电路部分
6.3.2 电源部分
6.4 仿壁虎机器人单腿黏附力控制方法
6.4.1 生物壁虎垂直墙面的足端反力分析
6.4.2 仿壁虎机器人力控制策略
6.4.3 仿壁虎机器人单腿刚度控制
6.4.4 仿壁虎机器人单腿力跟踪实验
6.5 仿壁虎机器人碰撞黏附行为分析
6.5.1 壁虎在接触面上的碰撞黏附行为分析
6.5.2 仿壁虎机器人在接触面上的碰撞黏附运动分析
6.6 仿壁虎机器人脚掌与接触面间的碰撞黏附测试
6.6.1 实验平台设计与搭建
6.6.2 仿壁虎机器人单脚掌碰撞黏附性能测试实验
6.7 仿壁虎机器人负表面原地碰撞测试
6.8 机器人碰撞动力学分析
6.9 仿壁虎机器人碰撞实验
6.10 本章小结
第7章 仿壁虎机器人爬壁运动仿真分析
7.1 仿壁虎机器人黏附力控制的半实物仿真
7.1.1 Simulink及SimMechanics概述
7.1.2 机器人动力学模型的建立
7.