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人形机器人系统架构与运动控制

共计 30 章节

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人形机器人发展历程 · 应用前景 · 课程目标与学习路径

课程导入人形机器人发展历…

人形机器人总体架构

硬件系统 · 软件系统 · 感知-决策-执行闭环的层次划分

人形机器人总体架…硬件系统

机械本体与关节设计

自由度配置 · 关节类型（旋转/直线） · 传动机构（谐波减速器

机械本体关节设计

驱动与执行器

电机（无框力矩电机 · 伺服电机） · 液压驱动

驱动执行器

关节编码器 · 力/力矩传感器 · IMU

传感系统关节编码器

嵌入式控制系统

实时操作系统（RTOS） · 控制周期 · 总线通信（EtherCAT

嵌入式控制系统RTOS

运动学基础

刚体变换 · 旋转矩阵 · 欧拉角

运动学基础刚体变换

正运动学建模

D-H参数法 · 指数积（POE）法 · 建立人形机器人运动学方程

正运动学建模D-H

逆运动学求解

解析法 · 数值法（雅可比迭代） · 阻尼最小二乘法

逆运动学求解解析法

雅可比矩阵与静力分析

速度雅可比 · 力雅可比 · 奇异性分析

雅可比矩阵静力分析

动力学建模

牛顿-欧拉法 · 拉格朗日法 · 考虑惯性

动力学建模牛顿

动力学参数辨识

最小二乘辨识 · 激励轨迹设计 · 摩擦模型（库仑+粘滞）辨识实验

动力学参数辨识最小二乘辨识

轨迹规划基础

关节空间插值（三次/五次多项式 · 梯形速度） · 笛卡尔空间直线/圆弧规划

轨迹规划基础关节空间插值

步态规划基础

双足步态周期 · 支撑相与摆动相 · 步态参数（步长

步态规划基础双足步态周期

ZMP（零力矩点）理论

ZMP定义 · 计算方式 · 与稳定裕度的关系

ZMP零力矩点

基于ZMP的步态控制

预览控制 · ZMP跟踪 · 质心轨迹生成（线性倒立摆模型）

线性倒立摆模型（LIPM）

模型推导 · 质心动力学 · 步态生成中的简化应用

LIPM线性倒立摆模型

捕获点（Capture Point）与步态稳定

捕获点概念 · 步态调整策略 · 扰动下的恢复

全身运动控制（WBC）

任务空间控制 · 优先级控制 · 二次规划（QP）求解

WBC全身运动控制

力/位混合控制

阻抗控制 · 导纳控制 · 力控关节实现

位混合控制阻抗控制

平衡控制策略

姿态反馈 · 踝关节策略 · 髋关节策略

平衡控制策略姿态反馈

仿真环境与工具

MuJoCo · PyBullet · Gazebo

仿真环境工具

硬件在环（HIL）与快速原型

实时仿真 · 代码生成（Simulink） · 硬件接口调试

基于仿真平台搭建简单人形机器人模型并…

案例实战基于仿真平台搭建…

实现平面行走步态生成与仿真验证 · 调整步态参数观察稳定性变化

案例实战实现平面行走步态…

在仿真中加入外力扰动 · 设计平衡恢复策略并评估鲁棒性

案例实战仿真

常见问题与调试

关节跟踪误差 · 抖动 · 奇异位形

常见问题调试

模型预测控制（MPC） · 强化学习在步态控制中的应用 · 全身触觉反馈

前沿技术MPC

设计一个完整的人形机器人运动控制方案 · 包括架构选型 · 建模

综合项目设计一个完整的人…

课程总结与进阶方向

知识体系回顾 · 常见误区 · 研究热点

课程总结进阶方向