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第1章　绪论1

1．1　机器人的足式运动1

1．1．1　步行理论1

1．1．2　常用运动控制方法2

1．2　机器人生物控制方法5

1．2．1　生物学基础5

1．2．2　基本方法6

1．2．3　主要特点6

1．2．4　主要研究课题8

1．3　机器人生物控制方法的研究及应用现状9

1．3．1　国内外研究现状10

1．3．2　开放性问题20

第2章　动物运动的神经控制机理22

2．1　动物的运动22

2．2　骨骼-肌肉运动系统24

2．3　运动控制神经系统26

2．3．1　高级神经中枢27

2．3．2　中枢模式发生器28

2．3．3　生物反射31

第3章　机器人生物控制的理论基础34

3．1　CPG模型的演变34

3．1．1　神经元模型34

3．1．2　耦合的神经元振荡器模型36

3．1．3　CPG神经网络模型37

3．2　CPG模型参数特性43

3．2．1　输出44

3．2．2　输入46

3．2．3　初值49

3．2．4　连接权重矩阵52

3．2．5　时间常数53

3．2．6　互抑系数、疲劳系数56

3．2．7　反馈项58

3．3　CPG控制系统设计思路62

第4章　基于CPG的足式机器人步态理论与方法64

4．1　CPG网络拓扑结构65

4．2　四足机器人典型步态67

4．2．1　小跑步态67

4．2．2　行走步态68

4．2．3　遛步步态68

4．2．4　奔跑步态69

4．3　步态转换70

4．3．1　动物的步态转换71

4．3．2　CPG实现步态转换73

4．3．3　机器人步态转换方法与步骤78

4．4　负荷因子的调节79

第5章　生物反射建模理论与方法81

5．1　反射组织体系83

5．2　屈肌反射85

5．2．1　动物的越障运动86

5．2．2　屈肌反射的建模88

5．3　前庭反射94

5．3．1　动物的坡面运动94

5．3．2　机器人坡面运动分析96

5．3．3　前庭反射的建模97

5．4　踏空反射104

5．4．1　沟壑地形104

5．4．2　台阶地形106

5．5　其他生物反射107

第6章　足式机器人机构设计与运动规划109

6．1　动物的腿结构与机器人机构仿生109

6．2　机器人腿结构111

6．2．1　开链式腿结构112

6．2．2　闭链式腿结构117

6．2．3　弹性腿结构118

6．3　多自由度运动设计121

6．3．1　动物的肢体运动规律122

6．3．2　多自由度的降阶控制122

6．3．3　运动映射函数设计124

第7章　机器人节律运动动力学仿真133

7．1　虚拟样机技术133

7．1．1　ADAMS的主要组件134

7．1．2　ADAMS建模、仿真步骤134

7．1．3　ADAMS和其他软件之间的数据交换135

7．2　四足机器人动力学仿真实例135

7．2．1　建立四足机器人虚拟样机136

7．2．2　典型节律步态运动仿真142

7．2．3　自适应运动仿真148

第8章　基于生物控制方法的四足机器人系统设计实例152

8．1　四足机器人Biosbot-Ⅰ152

8．2　四足机器人控制系统155

8．2．1　机器人生物控制系统设计的理论依据156

8．2．2　运动控制系统设计需求157

8．2．3　整体方案158

8．2．4　硬件选型与实现158

8．2．5　软件设计与实现164

8．3　典型运动实例171

8．3．1　节律步态与步态转换171

8．3．2　自适应运动179

8．4　四足机器人Biosbot-Ⅳ191

8．4．1　闭链腿结构191

8．4．2　腿结构运动学分析191

8．4．3　腿结构动态静力学分析193

8．4．4　腿结构优化195

8．4．5　弹性腿结构196

8．4．6　Biosbot-Ⅳ样机及运动实验197

参考文献201

索引212