1.2 本书章节内容

第2章将介绍人形机器人的运动学。首先介绍一种在三维空间中表示旋转的方法，解释了旋转矩阵的导数和角速度矢量之间的关系。其次介绍如何根据机器人的关节角度，描述每个连杆的位置和姿态（这被称为正向运动学）。最后介绍如何根据每个连杆的位置和姿态，描述相应的机器人关节角度（这被称为反向运动学）。

第3章介绍在人形机器人的运动控制中起着重要作用的ZMP（Zero-Moment Point，零力矩点）。人形机器人不像工业机器人那样是固定在地面上的，它在行走过程中，脚是要离开地面的，这可能导致摔倒。现在考虑人形机器人的脚在水平地面行走的情况，只要它的脚在地面上，整个脚底就与地面接触，脚离开地面时，整个脚底同时离开地面。如果在整个行走过程中，至少有一只脚的整个脚底都与地面接触，那么人形机器人就不会摔倒。武科布拉托维奇（Vukobratović）等人在1972年提出的ZMP概念，为确定机器人在行走中是否能保持脚底与地面的接触提供了规范。ZMP是指机器人脚底从地面承受的力矩为0的点，它总是在地面和脚底的接触面上的某个地方。

第4章描述了人形机器人双足行走动作的生成和控制方法。人形机器人的步态模式要能防止机器人自身在没有干扰的情况下翻倒，一般是通过反馈控制来稳定的。有很多方法来生成这种步态模式。基于线性倒立摆的动力学的方法或以ZMP作为规范的方法是有代表性的。第4章从基于二维线性倒立摆的方法开始，将其扩展到三维，并说明如何将其应用于多环节模型。图1.3是一个三维线性倒立摆的图像。

第5章将介绍人形机器人实现双足行走以外动作的方法。首先介绍生成大致的全身运动模式的方法。其中包括动作捕捉法、GUI法、快速高阶空间搜索法等。即使通过这些方法能够做出大致的动作，但人形机器人也未必能够稳定地执行这些动作。作为动作捕捉对象的人类和机器人的自由度构成和力学特性不同，通过GUI和快速高阶空间搜索制作的动作往往没有考虑到动力学特性。其次介绍了消除这些差距的方法。具体介绍动态滤波器、自动平衡器等概念；同时，还将说明人形机器人全身运动的远程操作方法。

第6章介绍了人形机器人的动力学模拟。首先展示了在无重力空间中运动的刚体的旋转运动的计算方法，接着将其扩展到平移运动，进一步考虑多个物体连接运动的情况，即机器人的运动。通过以上介绍，我们可以了解到模拟人形机器人运动的方法。本章的基础是Newton-Euler的运动方程。其次介绍了集成机器人模拟器Choreonoid，该模拟器实现了正向动力学算法，任何人都可以轻松尝试机器人的模拟。