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六足机器人地形适应能力强、稳定性高、容错性强，在复杂地形探测、工业巡检、灾害救援等领域具有广阔的应用前景。本书面向复杂地形环境下的巡检探测需求，开展面向越障能力的六足机器人机构尺度综合研究。本书主要内容包括六足机器人构型设计与运动学建模、六足机器人面向越障能力的机构尺度综合、六足机器人机身工作空间边界的解析计算、六足机器人融合机身工作空间的越障能力评价、六足机器人机构尺度设计应用实例等。

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  前言
  第1章 绪论 1
  1.1 足式机器人的整机形态设计 2
  1.1.1 匍匐/直立形态 2
  1.1.2 机身形状设计 3
  1.1.3 可变形态设计 4
  1.2 足式机器人的腿部机构设计 7
  1.2.1 腿部机构的驱动数配置 7
  1.2.2 腿部机构的构型设计 10
  1.3 足式机器人机构尺度设计与越障能力评价 13
  1.3.1 机构尺度设计 13
  1.3.2 越障能力评价 14
  1.4 足式机器人腿部和机身工作空间的计算方法 15
  1.4.1 数值计算方法 15
  1.4.2 解析计算方法 17
  1.5 本书内容与章节设置 18
  第2章 六足机器人构型设计与运动学建模 20
  2.1 六足机器人的整机构型设计 20
  2.2 六足机器人的腿部构型设计 25
  2.2.1 基于GF集的腿部构型设计 25
  2.2.2 5R对称并联腿部机构工作空间分析 27
  2.2.3 平行四边形腿部机构工作空间分析 29
  2.2.4 腿部机构构型设计结果 32
  2.3 六足机器人的步态设计 32
  2.3.1 静态步态集合 32
  2.3.2 直行3-3步态 34
  2.3.3 转弯3-3步态 34
  2.4 六足机器人的运动学建模 36
  2.4.1 腿部运动学建模 36
  2.4.2 机身运动学建模 38
  2.5 本章小结 40
  第3章 六足机器人面向越障能力的机构尺度综合 41
  3.1 六足机器人的地形通过能力指标 41
  3.2 面向爬楼梯能力的机构尺度设计 42
  3.2.1 腿部机构与楼梯之间的干涉约束 42
  3.2.2 六足机器人机身位姿调整能力约束 50
  3.2.3 面向爬楼梯能力的机构尺度设计框架 54
  3.3 面向跨沟能力的机构尺度设计 55
  3.4 面向爬台阶能力的机构尺度设计 58
  3.5 面向多地形通过能力的机构尺度综合 60
  3.6 本章小结 66
  第4章 六足机器人机身工作空间边界的解析计算 67
  4.1 六足机器人机身工作空间及目标点的定义 67
  4.2 平坦地形下机身位置工作空间边界的解析计算方法 68
  4.2.1 目标点位于动平台内侧 68
  4.2.2 目标点位于动平台外侧 70
  4.3 障碍地形下机身位置工作空间边界的解析计算方法 72
  4.3.1 临界干涉角的定义 72
  4.3.2 目标点位于动平台内侧 73
  4.3.3 目标点位于动平台外侧 77
  4.4 六足机器人机身位置工作空间解析边界的数值验证 81
  4.5 不同膝盖朝向下机身位置工作空间的解析计算方法 85
  4.6 本章小结 88
  第5章 六足机器人融合机身工作空间的越障能力评价 90
  5.1 六足机器人爬楼梯运动规划与越障能力验证 90
  5.2 六足机器人跨沟运动规划与越障能力验证 101
  5.3 六足机器人爬台阶运动规划与越障能力验证 105
  5.4 六足机器人越障能力评价与实验测试 109
  5.5 本章小结 114
  第6章 六足机器人机构尺度设计应用实例 115
  6.1 变形态六足机器人的构型设计 115
  6.1.1 机器人行走形态的转换 115
  6.1.2 腿部膝关节朝向的转换 117
  6.2 变形态六足机器人的机身工作空间解析计算 120
  6.2.1 参数定义 120
  6.2.2 膝-肘形态下机身工作空间的解析计算 121
  6.2.3 肘-膝形态下机身工作空间的解析计算 124
  6.2.4 肘-肘形态下机身工作空间的解析计算 126
  6.3 六足机器人在膝-肘形态下的机构尺度设计问题描述 128
  6.3.1 机器人结构与腿部机构 128
  6.3.2 地形通过能力 130
  6.3.3 机构尺度设计框架 131
  6.4 六足机器人在膝-肘形态下跨沟的解析条件 133
  6.4.1 步长和站立高度对最大跨沟宽度的影响 134
  6.4.2 身体长度与最大跨沟宽度的关系 134
  6.4.3 最大跨沟宽度的性能图谱 136
  6.5 六足机器人在膝-肘形态下通过低矮空间的解析条件 137
  6.5.1 爬行高度的影响因素 137
  6.5.2 爬行的足端轨迹 138
  6.5.3 爬行高度的计算 139
  6.5.4 最小爬行高度性能图谱 141
  6.6 六足机器人膝-肘形态越障的解析条件 142
  6.6.1 越障过程 143
  6.6.2 最大越障高度和宽度 143
  6.6.3 最大越障高度性能图谱 147
  6.7 六足机器人在膝-肘形态下上台阶的解析条件 148
  6.7.1 阶段1：将MF腿迈到台阶上 148
  6.7.2 阶段2：将LF和RF腿迈到台阶上 150
  6.7.3 阶段3：将LH和RH腿迈到台阶上 151
  6.7.4 阶段4：将MH腿迈到台阶上 153
  6.7.5 最大可上台阶高度性能图谱 153
  6.8 变形态六足机器人机构尺度设计结果与验证 155
  6.8.1 地形通过能力指标要求和机构尺度设计结果 155
  6.8.2 地形通过能力仿真与实验验证 157
  6.8.3 六足机器人膝关节朝向转换实验 161
  6.9 本章小结 162
  参考文献 163