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第1章　绪论1

1.1　机器人及其相关技术的发展1

1.2　仿生机器人的概念、原理及研究热点3

1.3　仿生多足机器人研究现状与发展趋势6

1.4　仿生六足机器人研发流程与关键技术12

本章参考文献14

第2章　机器人学与仿生学15

2.1 机器人学的基础理论15

2.1.1　机器人的基本定义15

2.1.2　机器人的有关概念16

2.2　仿生学概述16

2.2.1　仿生学的主要研究方法17

2.2.2　仿生学的主要研究内容17

2.2.3　机器人仿生学18

2.3 典型的六足纲昆虫结构特点与机能特性20

2.3.1　昆虫与昆虫纲20

2.3.2　昆虫的结构特点21

2.3.3　昆虫的一般习性24

2.3.4　常见昆虫简介27

2.3.5　昆虫与仿生学30

本章参考文献32

第3章　仿生机器人模拟对象观测实验33

3.1 蚂蚁步态特性和运动机理的实验研究33

3.1.1　实验对象的选择33

3.1.2　实验平台的搭建34

3.1.3　实验方案的实施36

3.2　弓背蚁体态结构观测实验研究37

3.3 弓背蚁运动特性观测实验研究40

本章参考文献47

第4章　仿生六足机器人结构设计技术48

4.1　仿生六足机器人机构建模48

4.2　仿生六足机器人本体设计49

4.3　仿生六足机器人腿部设计50

4.3.1　腿部参数确定原则50

4.3.2　腿部驱动系统设计51

4.4 仿生六足机器人结构优化56

4.4.1　机构参数对机器人工作空间的影响57

4.4.2　机构参数对机器人灵活度的影响59

4.4.3　机构参数对机器人轻动性的影响61

本章参考文献65

第5章　仿生六足机器人运动学分析66

5.1 仿生六足机器人位置分析66

5.1.1　摆动相各腿位置分析66

5.1.2　支撑相各腿位置分析68

5.2 仿生六足机器人运动分析70

5.2.1　摆动相各腿速度分析70

5.2.2　支撑相各腿速度分析71

5.2.3　摆动相各腿加速度分析73

5.3 仿生六足机器人能耗分析74

5.3.1　能耗指标74

5.3.2　机构参数对能耗的影响74

5.3.3　运动参数对能耗的影响77

本章参考文献80

第6章　仿生六足机器人动力学分析81

6.1　机器人动力学简述81

6.2　仿生六足机器人抬起腿动力学分析82

6.3　仿生六足机器人支撑腿动力学分析85

6.4　仿生六足机器人足端摩擦力分析87

6.4.1　足端摩擦的约束情况分析87

6.4.2　足端摩擦的线性规划方法88

6.5　仿生六足机器人非线性系统摩擦分析89

6.5.1　机器人关节驱动电机轴系力矩平衡方程90

6.5.2　机器人关节驱动电机轴系摩擦力矩分析90

6.6　仿生六足机器人系统低速爬行现象分析91

6.6.1　低速爬行现象的理论基础91

6.6.2　低速爬行现象的改进措施92

本章参考文献94

第7章　仿生六足机器人轨迹规划技术95

7.1　仿生六足机器人单足轨迹规划95

7.1.1　机器人足端点轨迹规划的基本概念95

7.1.2　机器人足端点轨迹规划的基本方法95

7.1.3　摆动相的足端轨迹规划96

7.1.4　支撑相的足端轨迹规划98

7.1.5　机器人足端点二次轨迹规划104

7.2　仿生多足机器人稳定性原理105

7.3　仿生六足机器人静态步态规划107

7.3.1　重心固定的静态步态规划107

7.3.2　重心随动的静态步态规划108

本章参考文献112

第8章　仿生六足机器人虚拟样机技术113

8.1　虚拟样机技术的基本概念113

8.1.1　虚拟样机技术的基础113

8.1.2　虚拟样机制造的过程114

8.1.3　虚拟样机技术的组成115

8.1.4　虚拟样机技术的优点115

8.1.5　虚拟样机技术的典型应用116

8.2　基于虚拟样机技术的机器人机构研究116

8.2.1　仿生六足机器人机构研究的主要内容116

8.2.2　仿生六足机器人机构仿真研究的主要流程117

8.3　仿生六足机器人运动学仿真119

8.3.1　虚拟样机建模仿真工具简介120

8.3.2　仿生六足机器人运动仿真模型构建121

8.3.3　仿生六足机器人原地运动仿真123

8.3.4　仿生六足机器人爬行仿真124

8.3.5　运动参数对仿生六足机器人运动性能的影响125

本章参考文献129

第9章　仿生六足机器人运动控制技术130

9.1　机器人控制技术概述130

9.2　仿生六足机器人控制系统130

9.2.1　仿生六足机器人控制系统基本架构130

9.2.2　仿生六足机器人控制系统总体方案132

9.2.3　仿生六足机器人控制系统硬件设计133

9.2.4　仿生六足机器人控制系统软件设计139

9.3　仿生六足机器人控制系统实验144

9.4　仿生六足机器人智能控制的研究与探索147

9.4.1　仿生六足机器人关节控制模块被控模型147

9.4.2　模糊小波神经网络（FWN）控制148

9.4.3　FWN训练方法150

9.4.4　仿生六足机器人关节控制器仿真实验151

本章参考文献154

第10章　仿生六足机器人传感探测技术155

10.1　传感器与多信息融合155

10.2　仿生六足机器人感测系统160

10.3　基于超声波和红外线传感器复合阵列的实时避障技术160

10.3.1　超声波和红外线传感器复合探测阵列设计160

10.3.2　仿生六足机器人避障控制策略研究161

10.3.3　仿真实验与分析165

10.4　仿生六足机器人导航系统设计与研究166

10.4.1　基于GPS/INS的组合导航系统166

10.4.2　集中式开环校正组合方式167

10.4.3　卡尔曼滤波理论167

10.4.4　组合导航系统数学建模168

10.4.5　仿真实验与分析171

本章参考文献173

第11章　仿生六足机器人能源管理技术175

11.1　动态电源管理技术的研究175

11.1.1 固定超时算法175

11.2　电源管理模块的设计176

11.2.1 电源管理模块的软硬件设计176

11.2.2　地址译码电路的设计177

11.2.3　驱动电路的冗余设计177

11.3　Simulink/Stateflow仿真软件的应用178

11.3.1　Stateflow基础178

11.4　仿生六足机器人传感器系统节能设计180

11.4.1　传感器系统电源管理过程的动态建模181

11.4.2　仿真结果185

本章参考文献186

第12章　仿生六足机器人视觉系统技术188

12.1　机器人视觉的发展及研究现状188

12.2　机器人视觉仿生192

12.3　机器人视觉的基本原理与关键技术197

12.4　仿生六足机器人视觉系统的硬件组成199

12.5　仿生六足机器人目标识别算法研究201

12.5.1　基于小波提升的目标识别的算法原理201

12.5.2　互相关的模板匹配203

12.5.3　小波提升算法203

12.5.4　多尺度识别与模板更新204

12.5.5　实验结果与分析204

本章参考文献206

第13章　总结与展望207