دسترسی نامحدود
برای کاربرانی که ثبت نام کرده اند
برای ارتباط با ما می توانید از طریق شماره موبایل زیر از طریق تماس و پیامک با ما در ارتباط باشید
در صورت عدم پاسخ گویی از طریق پیامک با پشتیبان در ارتباط باشید
برای کاربرانی که ثبت نام کرده اند
درصورت عدم همخوانی توضیحات با کتاب
از ساعت 7 صبح تا 10 شب
دسته بندی: الکترونیک: رباتیک ویرایش: 1 نویسندگان: Eric R. Westervelt, Jessy W. Grizzle, Christine Chevallereau, Jun Ho Choi, Benjamin Morris سری: ISBN (شابک) : 1420053728, 9781420053722 ناشر: CRC Press سال نشر: 2007 تعداد صفحات: 505 زبان: English فرمت فایل : PDF (درصورت درخواست کاربر به PDF، EPUB یا AZW3 تبدیل می شود) حجم فایل: 6 مگابایت
در صورت ایرانی بودن نویسنده امکان دانلود وجود ندارد و مبلغ عودت داده خواهد شد
کلمات کلیدی مربوط به کتاب کنترل بازخورد حرکت ربات دوپا پویا (مهندسی اتوماسیون و کنترل): اتوماسیون، سیستم های رباتیک (RTS)
در صورت تبدیل فایل کتاب Feedback Control of Dynamic Bipedal Robot Locomotion (Automation and Control Engineering) به فرمت های PDF، EPUB، AZW3، MOBI و یا DJVU می توانید به پشتیبان اطلاع دهید تا فایل مورد نظر را تبدیل نمایند.
توجه داشته باشید کتاب کنترل بازخورد حرکت ربات دوپا پویا (مهندسی اتوماسیون و کنترل) نسخه زبان اصلی می باشد و کتاب ترجمه شده به فارسی نمی باشد. وبسایت اینترنشنال لایبرری ارائه دهنده کتاب های زبان اصلی می باشد و هیچ گونه کتاب ترجمه شده یا نوشته شده به فارسی را ارائه نمی دهد.
حرکت دوپا یکی از سخت ترین چالش ها در مهندسی کنترل است. بیشتر کتاب ها موضوع را از منظری شبه ایستا بررسی می کنند و ماهیت ترکیبی مکانیک دوپا را نادیده می گیرند. کنترل بازخورد حرکت ربات دوپا پویا اولین کتابی است که یک طرح جامع و ریاضی درست از طراحی بازخورد برای دستیابی به حرکت پایدار، چابک و کارآمد در رباتهای دوپا ارائه میکند. در این رساله منحصر به فرد و پیشگامانه، نویسندگان متخصص شما را به طور سیستماتیک در هر مرحله راهنمایی میکنند. از این فرآیند، از جمله: مدلسازی ریاضی راه رفتن و دویدن در رباتهای مسطح، تجزیه و تحلیل مدارهای تناوبی در سیستمهای ترکیبی، طراحی و تحلیل سیستمهای بازخورد برای دستیابی به حرکات تناوبی پایدار، الگوریتمهایی برای سنتز کنترلکنندههای بازخورد مثالهای شبیهسازی تفصیلی آزمایشهای آزمایشی بستر نویسنده روی دو رویکرد دوپایه در پیوند تئوری کنترل و مکانیک، ترکیب ارائه مبتنی بر کنترل و عرف ریاضی با رویکرد مبتنی بر مکانیک به مسئله و ارائه محاسباتی مشهود است. مثال های عینی و تصاویر متعدد بحث ریاضی را تکمیل و روشن می کند. یک وبسایت پشتیبانی، پیوندهایی به ویدیوهای آزمایشها به همراه کد MATLAB® برای چندین مدل ارائه میدهد. این کتاب بینظیر، درک کاملی از جنبههای نظری و عملی حرکت واقعاً پویا در روباتهای دوپا مسطح ایجاد میکند.
Bipedal locomotion is among the most difficult challenges in control engineering. Most books treat the subject from a quasi-static perspective, overlooking the hybrid nature of bipedal mechanics. Feedback Control of Dynamic Bipedal Robot Locomotion is the first book to present a comprehensive and mathematically sound treatment of feedback design for achieving stable, agile, and efficient locomotion in bipedal robots.In this unique and groundbreaking treatise, expert authors lead you systematically through every step of the process, including:Mathematical modeling of walking and running gaits in planar robotsAnalysis of periodic orbits in hybrid systemsDesign and analysis of feedback systems for achieving stable periodic motionsAlgorithms for synthesizing feedback controllersDetailed simulation examplesExperimental implementations on two bipedal test bedsThe elegance of the authors' approach is evident in the marriage of control theory and mechanics, uniting control-based presentation and mathematical custom with a mechanics-based approach to the problem and computational rendering. Concrete examples and numerous illustrations complement and clarify the mathematical discussion. A supporting Web site offers links to videos of several experiments along with MATLAB® code for several of the models. This one-of-a-kind book builds a solid understanding of the theoretical and practical aspects of truly dynamic locomotion in planar bipedal robots.
Preface......Page 7
Contents......Page 13
Part I: Preliminaries......Page 21
1: Introduction\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0......Page 23
1.1 Why Study the Control of Bipedal Robots?......Page 24
1.2.1 Terminology......Page 26
1.2.2 Dynamics......Page 29
1.2.3.1 Common Difficulties......Page 31
1.2.3.2 Challenges Associated with Dynamic Locomotion......Page 32
1.2.3.3 Confronting these Challenges......Page 33
1.3 Overview of the Literature......Page 34
1.3.1 Polypedal Robot Locomotion......Page 35
1.3.2 Bipedal Robot Locomotion......Page 37
1.3.3 Control of Bipedal Locomotion......Page 39
1.4.1 Time-Invariance, or, Self-Clocking of Periodic Motions......Page 44
1.4.2 Virtual Constraints......Page 45
2.1.1 Objectives of the Mechanism......Page 49
2.1.2 Structure of the Mechanism......Page 50
2.1.3 Lateral Stabilization......Page 51
2.1.5 Sizing the Mechanism......Page 53
2.1.7 Sensors......Page 55
2.1.8 Additional Details......Page 56
2.2.1 Objectives of the Mechanism......Page 57
2.2.2 Enabling Continuous Walking with Limited Lab Space......Page 58
2.2.4 Impacts......Page 59
2.2.6 Additional Details......Page 60
Part II: Modeling, Analysis, and Control of Robots with Passive Point Feet......Page 63
3: Modeling of Planar Bipedal Robots with Point Feet\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0......Page 65
3.1 Why Point Feet?......Page 66
3.2 Robot, Gait, and Impact Hypotheses......Page 67
Robot with Point Feet Hypotheses......Page 68
Gait Hypotheses for Walking......Page 69
Rigid Impact Model Hypotheses......Page 70
3.3 Some Remarks on Notation......Page 72
3.4.1 Swing Phase Model......Page 73
3.4.2 Impact Model......Page 75
3.4.3 Hybrid Model of Walking......Page 77
3.4.4 Some Facts on Angular Momentum......Page 78
3.4.4.1 The Role of Gravity in Walking......Page 79
3.4.5 The MPFL-Normal Form......Page 80
3.4.6.1 The Acrobot as a Walker: A Two-link Example Model......Page 83
3.4.6.2 Three-Link Walker......Page 86
3.4.6.3 Five-Link Model: RABBIT......Page 90
3.5 Dynamic Model of Running......Page 91
3.5.1 Flight Phase Model......Page 92
3.5.2 Stance Phase Model......Page 93
3.5.3 Impact Model......Page 94
3.5.4 Hybrid Model of Running......Page 95
3.5.5 Some Facts on Linear and Angular Momentum......Page 97
4: Periodic Orbits and Poincaré Return Maps\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0......Page 101
4.1 Autonomous Systems with Impulse Effects......Page 102
4.1.1 Hybrid System Hypotheses......Page 103
4.1.2 Definition of Solutions......Page 104
4.1.3 Periodic Orbits and Stability Notions......Page 106
4.2.1 Formal Definitions and Basic Theorems......Page 107
4.2.2 The Poincaré Return Map as a Partial Function......Page 110
4.3 Analyzing More General Hybrid Models......Page 111
4.3.2 Basic Definitions......Page 112
4.3.3.1 Definition of the Poincaré Return Map......Page 114
4.3.3.2 Analysis of the Poincaré Return Map......Page 115
4.4.2 Invariance Hypotheses......Page 116
4.4.4 Stability Analysis Based on the Restricted Poincaré Map......Page 117
4.5 A Low-Dimensional Stability Test Based on Timescale Separation......Page 119
4.5.1 System Hypotheses......Page 120
4.5.2 Stability Analysis Based on the Restricted Poincaré Map......Page 121
4.6 Including Event-Based Control......Page 122
4.6.1 Analyzing Event-Based Control with the Full-Order Model......Page 123
4.6.2 Analyzing Event-Based Actions with a Hybrid Restriction Dynamics Based on Finite-Time Attractivity......Page 127
5.1 Introduction to Zero Dynamics and Virtual Constraints......Page 131
5.1.1 A Simple Zero Dynamics Example......Page 132
5.1.2 The Idea of Virtual Constraints......Page 134
5.2.1 Definitions and Preliminary Properties......Page 137
5.2.2 Interpreting the Swing Phase Zero Dynamics......Page 142
5.3 Hybrid Zero Dynamics......Page 144
5.4.1 Poincaré Analysis of the Hybrid Zero Dynamics......Page 148
5.4.2 Relating Modeling Hypotheses to the Properties of the Hybrid Zero Dynamics......Page 151
5.5 Creating Exponentially Stable, Periodic Orbits in the Full Hybrid Model......Page 152
5.5.1 Computed Torque with Finite-Time Feedback Control......Page 153
5.5.2 Computed Torque with Linear Feedback Control......Page 154
6.1 A Special Class of Virtual Constraints......Page 157
6.2 Parameterization of hd by Bézier Polynomials......Page 158
6.3 Using Optimization of the HZD to Design Exponentially Stable Walking Motions......Page 164
6.3.1 Effects of Output Function Parameters on Gait Properties: An Example......Page 165
6.3.2 The Optimization Problem......Page 167
6.3.2.1 Parameter-Dependent Dynamic Model for Optimization......Page 171
6.3.3 Cost......Page 172
6.3.4 Constraints......Page 173
6.3.5 The Optimization Problem in Mayer Form......Page 174
6.4.1 Decoupling Matrix Invertibility......Page 176
6.4.2 Computing Terms in the Hybrid Zero Dynamics......Page 179
6.4.3 Interpreting the Hybrid Zero Dynamics......Page 180
6.5.1 Virtual Constraint Design......Page 182
6.5.2 Sample-Based Virtual Constraints and Augmentation Functions......Page 184
6.6.1 Designing Exponentially Stable Walking Motions without Invariance of the Impact Map......Page 185
6.6.1.1 Encoding a Walking Pattern or Choosing What to Control......Page 186
6.6.1.2 Controller Design......Page 187
6.6.1.3 Checking Existence and Stability of an Orbit......Page 189
6.6.1.4 Discussion......Page 191
6.6.2.1 Application: Design of a Gait for RABBIT......Page 193
6.6.3.1 Application: The design of a Gait via Torque Specification......Page 198
6.6.3.2 Application: Making Passive Bipedal Gaits More Robust......Page 199
7: Systematic Design of Event-Based Feedback Controllers for Walking\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0......Page 211
7.1 Overview of Key Facts......Page 212
7.2 Transition Control......Page 215
7.3.1 Average Walking Rate......Page 219
7.3.2 Design and Analysis Based on the Hybrid Zero Dynamics......Page 220
7.3.3 Design and Analysis Based on the Full-Dimensional Model......Page 226
7.4.1 Choice of DeltaAlpha......Page 228
7.4.4 Robustness to Structural Mismatch......Page 230
8.1.1 RABBIT’s Implementation Issues......Page 233
8.1.1.1 Modeling the Boom......Page 234
8.1.1.2 Gear Reducers and Joint Friction......Page 237
8.1.2 ERNIE’s Implementation Issues......Page 238
8.1.2.1 Robot-Treadmill Interaction......Page 239
8.2 Control Algorithm Implementation: Imposing the Virtual Constraints......Page 240
8.3.1.1 Walking at a Fixed Rate......Page 245
8.3.1.2 Transitioning and Event-Based Within-Stride Control......Page 253
8.3.1.3 Further Experimental Work on RABBIT......Page 260
8.3.2.1 Experiment 1: Walking at a Fixed Rate......Page 261
8.3.2.2 Experiment 2: Walking at a Fixed Rate with Springs in Parallel with the Knees......Page 262
9: Running with Point Feet\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0......Page 269
9.1 Related Work......Page 270
9.2.1 Analytical Tractability through Invariance, Attractivity, and Configuration Determinism at Transitions......Page 271
9.2.2 Desired Geometry of the Closed-Loop System......Page 272
9.3 Control Law Development......Page 274
9.3.1 Stance Phase Control......Page 275
9.3.2 Flight Phase Control......Page 276
9.4.1 Definition of the Poincaré Return Map......Page 278
9.4.2 Analysis of the Poincaré Return Map......Page 280
9.5 Example: Illustration on RABBIT......Page 286
9.5.1 Stance Phase Controller Design......Page 287
9.5.3 Flight Phase Controller Design......Page 288
9.5.4 Simulation without Modeling Error......Page 292
9.6 A Partial Robustness Evaluation......Page 297
9.6.1 Compliant Contact Model......Page 298
9.6.2 Simulation with Modeling Error......Page 299
9.7 Additional Event-Based Control for Running......Page 302
9.7.2 Implementing Stride-to-Stride Updates of Landing Configuration......Page 303
9.7.3 Simulation Results......Page 304
9.8 Alternative Control Law Design......Page 307
9.8.1.2 Stance Phase Control......Page 308
9.8.1.3 Flight Phase Control......Page 309
9.8.1.5 Transition Control: Takeoff......Page 310
9.8.1.6 Closed-Loop Hybrid Model......Page 311
9.8.2.1 Boundary Conditions of the Virtual Constraints......Page 312
9.8.2.3 Algorithm......Page 313
9.8.2.4 An Example Running Motion......Page 314
9.9.2 Result: Six Running Steps......Page 316
9.9.3.3 Limited Joint Space......Page 318
Part III: Walking with Feet......Page 319
10: Walking with Feet and Actuated Ankles\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0......Page 321
10.2 Robot Model......Page 322
10.2.1 Robot and Gait Hypotheses......Page 323
10.2.3 Underactuated Phase......Page 325
10.2.4 Fully Actuated phase......Page 326
10.2.5 Double-Support Phase......Page 327
10.2.6 Foot Rotation, or Transition from Full Actuation to Underactuation......Page 328
10.2.8 Comments on the FRI Point and Angular Momentum......Page 329
10.3.1 Control Design for the Underactuated Phase......Page 335
10.3.2 Control Design for the Fully Actuated Phase......Page 337
10.3.3 Transition Map from the Fully Actuated Phase to the Underactuated Phase......Page 338
10.3.4 Transition Map from the Underactuated Phase to the Fully Actuated Phase......Page 339
10.3.5 Hybrid Zero Dynamics......Page 340
10.4.1 Analysis on the Hybrid Zero Dynamics for the Underactuated Phase......Page 341
10.4.2 Analysis on the Hybrid Zero Dynamics for the Fully Actuated Phase with Ankle Torque Used to Change Walking Speed......Page 342
10.4.3 Analysis on the Hybrid Zero Dynamics for the Fully Actuated Phase with Ankle Torque Used to Affect Convergence Rate......Page 343
10.5.1 Parametrization Using Bézier polynomials......Page 346
10.5.2 Achieving Impact Invariance of the Zero Dynamics Manifolds......Page 348
10.5.3 Specifying the Remaining Free Parameters......Page 350
10.6 Simulation......Page 351
10.7 Special Case of a Gait without Foot Rotation......Page 352
10.8 ZMP and Stability of an Orbit......Page 354
11.1 Introduction......Page 361
11.2 Using Ankle Torque to Control FRI Position During the Fully Actuated Phase......Page 362
11.2.1 Ability to Track a Desired Profile of the FRI Point......Page 363
11.2.2 Analyzing the Zero Dynamics......Page 364
11.3 Special Case of a Gait without Foot Rotation......Page 367
11.4.1 Nominal Controller......Page 368
11.4.2 With Modeling Errors......Page 370
11.4.3 Effect of FRI Evolution on the Walking Gait......Page 371
11.5 A Variation on FRI Position Control......Page 375
11.6 Simulations......Page 377
A.1 Graduate Student......Page 383
A.2.1 Reader Already Has a Stabilizing Controller......Page 388
A.2.3 Walking with Feet......Page 392
A.2.4 3D Robot......Page 393
References......Page 0
B: Essential Technical Background......Page 395
B.1.1 Manifolds and Embedded Submanifolds......Page 396
B.1.2 Local Coordinates and Smooth Functions......Page 398
B.1.3 Tangent Spaces and Vector Fields......Page 400
B.1.4 Invariant Submanifolds and Restriction Dynamics......Page 403
B.1.5 Lie Derivatives, Lie Brackets, and Involutive Distributions......Page 405
B.2 Elementary Notions in Geometric Nonlinear Control......Page 407
B.2.1.1 Relative Degree......Page 408
B.2.1.2 Zero Dynamics......Page 409
B.2.1.3 Input-Output Linearization......Page 412
B.2.2.1 Vector Relative Degree......Page 414
B.2.2.2 Zero Dynamics......Page 416
B.2.2.3 Input-Output Linearization......Page 418
B.3 Poincaré’s Method of Determining Limit Cycles......Page 419
B.3.1 Poincaré Return Map......Page 420
B.3.2 Fixed Points and Periodic Orbits......Page 421
B.3.3 Utility of the Poincaré Return Map......Page 423
B.4.1 Kinematic Chains......Page 426
B.4.2 Kinetic and Potential Energy of a Single Link......Page 428
B.4.3 Free Open Kinematic Chains......Page 432
B.4.4 Pinned Open Kinematic Chains......Page 436
B.4.5 The Lagrangian and Lagrange’s Equations......Page 439
B.4.7 Angular Momentum......Page 440
B.4.8 Further Remarks on Lagrange’s Method......Page 441
B.4.9 Sign Convention on Measuring Angles......Page 448
B.4.10 Other Useful Facts......Page 451
B.4.11 Example: The Acrobot......Page 456
C.1.2 Distance of a Trajectory to a Periodic Orbit......Page 459
C.1.3 Proof of Theorem 4.1......Page 460
C.1.4 Proof of Proposition 4.1......Page 461
C.1.6.1 Preliminaries......Page 462
C.1.6.2 Application of the Chain Rule......Page 463
C.1.7 Proof of Theorem 4.8......Page 466
C.1.8 Proof of Theorem 4.9......Page 468
C.2.1 Proof of Theorem 5.4......Page 469
C.2.2 Proof of Theorem 5.5......Page 470
C.3.2 Proof of Theorem 6.2......Page 471
C.4.1 Proof of Theorem 7.3......Page 472
C.5.1 Proof of Theorem 9.2......Page 474
C.5.3 Proof of Theorem 9.4......Page 475
D.1 The Lagrangian......Page 477
D.2 The Kinetic Energy......Page 478
D.4 Equations of Motion......Page 482
D.5 Invariance Properties of the Kinetic Energy......Page 484
E: Single Support Equations of Motion of RABBIT......Page 485
Nomenclature......Page 491
Notes on 2\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0......Page 493
Notes on 3\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0......Page 494
Notes on 5\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0......Page 495
Notes on 7\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0......Page 496
Notes on Appendix B......Page 497
References......Page 499