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本书主要介绍了近十余年来课题组在欠驱动机器人方面的部分研究工作。全书共10章。第1章绪论，主要介绍了欠驱动机械系统的特征及应用；第2章介绍了欠驱动机械系统的一些非线性规范形。这部分内容也反映了全书的组织逻辑；第3章介绍了微分平坦欠驱动机械系统的运动规划与全局渐近稳定控制方法；第4章介绍了具有近似仿射严格反馈规范形的欠驱动机器人的动力学与局部渐近稳定控制方法；第5章介绍了具有非仿射严格反馈规范形的欠驱动机器人系统的动力学与全局渐近稳定控制方法；第6章介绍了一阶非完整约束欠驱动机器人的链式规范形变换方法；第7章介绍了二阶非完整约束欠驱动机器人的链式规范形与指数稳定控制方法；第8章讨论了一般不具有某种特殊规范形的欠驱动机器人系统的动力学与控制问题；第9章讨论了欠驱动仿鸟扑翼飞行器的动力学性质与全局渐近稳定控制方法； 0章介绍了变约束欠驱动机器人系统的混杂动力学建模与轨道稳定控制方法。

目录

第 1章 绪论001

1.1 欠驱动机械系统的实际应用需求002

1.2 工程中的欠驱动机械系统005

1.3 欠驱动机械系统的力学特征006

1.4 欠驱动机械系统控制问题的特征007

1.5 非完整约束机械系统控制问题的特征009

1.5.1 运动规划009

1.5.2 反馈镇定和轨迹跟踪控制010

1.6 本章结束语012

参考文献013

第 2章 欠驱动机械系统的特殊非线性规范形021

2.1 相关研究进展回顾022

2.2 一般欠驱动机械系统的动力学模型023

2.3 非线性系统的特殊规范形025

2.4 欠驱动机械系统非线性动力学的控制规范形027

2.5 欠驱动机械系统控制规范形的变换方法031

2.6 本章结束语034

参考文献034

第3章 微分平坦欠驱动机械系统的运动规划与控制037

3.1 相关研究进展回顾038

3.2 单输入微分平坦系统039

3.3 微分平坦欠驱动机械系统的 运动规划042

3.4 欠驱动惯性轮摆的 运动规划和控制044

3.4.1 惯性轮摆的微分平坦输出044

3.4.2 惯性轮摆的运动优化和轨迹跟踪控制046

3.4.3 数值仿真047

3.5 本章结束语050

参考文献050

第4章 近似仿射严格反馈规范形欠驱动机器人系统的动力学与控制053

4.1 相关研究进展回顾054

4.2 单腿跳跃机器人的机构模型056

4.3 单腿跳跃机器人的动力学方程057

4.3.1 支撑相的动力学方程057

4.3.2 飞行相的动力学方程059

4.4 连续跳跃运动的 小驱动力矩 运动规划061

4.4.1 支撑相 运动规划及其边界条件063

4.4.2 飞行相运动规划及其边界条件066

4.4.3 运动规划数值仿真067

4.5 机器人运动控制器设计070

4.5.1 站立平衡控制器071

4.5.2 连续跳跃运动控制器073

4.6 本章结束语078

附录078

A．单腿跳跃机器人系统的拉格朗日函数078

B．单腿跳跃机器人支撑相的动力学方程079

C．单腿跳跃机器人飞行相的动力学方程080

D．命题4.1的证明083

参考文献086

第5章 非仿射严格反馈规范形欠驱动机器人系统的动力学与控制089

5.1 相关研究进展回顾090

5.2 一类非仿射系统的饱和控制器091

5.3 高阶有限时间观测器094

5.4 基于有限时间观测器的轨迹跟踪有限时间控制器098

5.5 仿真实例101

5.5.1 Acrobot系统103

5.5.2 惯性轮摆（IWP）系统106

5.6 本章结束语108

参考文献108

第6章 一阶非完整约束欠驱动机器人系统的链式规范形变换111

6.1 相关研究进展回顾112

6.2 仿袋鼠跳跃机器人的飞行相动力学模型114

6.2.1 机器人机构模型114

6.2.2 飞行相动力学模型116

6.3 飞行相动力学规范形118

6.4 本章结束语123

附录124

A．飞行相动力学方程124

B．偏微分方程dy2·D2=0的解的显式表示127

参考文献128

第7章 二阶非完整约束欠驱动机器人系统的链式规范形与控制133

7.1 相关研究进展回顾134

7.2 研究对象与基本引理135

7.3 基于有限时间控制的二阶链式系统原点的全局镇定136

7.4 数值仿真144

7.4.1 气垫船的动力学模型及其规范形变换144

7.4.2 数值仿真145

7.5 本章结束语147

参考文献147

第8章 非特殊规范形欠驱动机器人系统的动力学与控制151

8.1 相关研究进展回顾152

8.2 平面2R欠驱动机器人的动力学模型153

8.3 平面2R欠驱动机械臂系统的性质分析154

8.4 幂零近似模型160

8.5 控制器设计167

8.6 数值仿真170

8.7 本章结束语171

附录172

参考文献173

第9章 欠驱动仿鸟扑翼飞行器的动力学与控制177

9.1 相关研究进展回顾178

9.2 欠驱动仿鸟扑翼飞行器的动力学建模180

9.2.1 欠驱动仿鸟扑翼飞行器的运动学180

9.2.2 欠驱动仿鸟扑翼飞行器的空气动力学182

9.2.3 欠驱动仿鸟扑翼飞行器的本体动力学187

9.3 欠驱动仿鸟扑翼飞行器的控制188

9.4 数值仿真和样机试验192

9.5 本章结束语196

参考文献196

第 10章 变约束欠驱动机器人系统的动力学和控制201

10.1 相关研究进展回顾202

10.2 变约束欠驱动系统的混杂动力学203

10.3 变约束欠驱动系统的控制208

10.4 平面单腿跳跃机器人的动力学和控制213

10.4.1 平面单腿跳跃机器人的混杂动力学213

10.4.2 单腿跳跃机器人稳态运动规划216

10.4.3 单腿平面机器人的跳跃控制219

10.5 本章结束语222

参考文献223

何广平，男，北方工业大学教授，博士生导师，机械工程一级学科责任教授。北京市创新人才计划及北京市长城学科计划项目获得者，北京市中青年骨 。北京大学湍流与复杂系统 重点实验室客座教授，北京邮电大学自动化学院兼职教授，北京工业大学机械工程学科兼职博士生导师。主要从事机器人学，动力学系统与控制，微机电系统（MEMS）技术等方向的研究工作。负责和参加完成 航天“863”计划、 合作计划、航天“917”工程、 自然科学基金、北京市自然科学基金等项目20余项，发表SCI EI收录论文100余篇，合作出版研究生教材和专著4部，获得 发明专利20余项。获得省部级科技奖励2项。北京市*市属院校创新人才、北京市*市属院校“长城学者”。

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书籍介绍

本书主要介绍了近十余年来课题组在欠驱动机器人方面的部分研究工作。全书共10章。第1章绪论，主要介绍了欠驱动机械系统的特征及应用；第2章介绍了欠驱动机械系统的一些非线性规范形。这部分内容也反映了全书的组织逻辑；第3章介绍了微分平坦欠驱动机械系统的运动规划与全局渐近稳定控制方法；第4章介绍了具有近似仿射严格反馈规范形的欠驱动机器人的动力学与局部渐近稳定控制方法；第5章介绍了具有非仿射严格反馈规范形的欠驱动机器人系统的动力学与全局渐近稳定控制方法；第6章介绍了一阶非完整约束欠驱动机器人的链式规范形变换方法；第7章介绍了二阶非完整约束欠驱动机器人的链式规范形与指数稳定控制方法；第8章讨论了一般不具有某种特殊规范形的欠驱动机器人系统的动力学与控制问题；第9章讨论了欠驱动仿鸟扑翼飞行器的动力学性质与全局渐近稳定控制方法；第10章介绍了变约束欠驱动机器人系统的混杂动力学建模与轨道稳定控制方法。