陈恳，清华大学教授，博士生导师。1981年毕业于四川大学，获学士学位；1984年和1987年毕业于浙江大学，分别获硕士学位和博士学位.1991-1995年在美国伊利诺伊大学和普度大学任客座教授和研究员。主要从事机器人与仿生学、特种机器人技术与应用、机电系统集成与自动化方面的研究。负责完成机器人及其自动化相关领域科研课题60余项；获国家发明专利30项；发表学术论文200余篇；主（合）编专著和教材7部。获首届中国青年科技奖、军队科技进步二等奖和北京市教学成果一等奖。现任清华大学摩擦学国家重点实验室和国家计算机集成制造工程中心副主任；兼任中国自动化、宇航和航空学会机器人与机械电子专业委员，《机器人》杂志编委，国家和机械工业科技奖评审专家和委员。
    付成龙，清华大学精密仪器与机械学系助理研究员。2002年毕业于同济大学，获学士学位；2007年毕业于清华大学，获博士学位。主要从事仿人机器人与仿生机器人领域的研究。发表学术论文30余篇；申请国家发明专利14项；获2007年度中国机械工程学会优秀论文奖，2007年度中国机械工程学会年会青年优秀论文奖，2009年清华大学青年教师教学优秀奖。

    《仿人机器人理论与技术》是清华大学机器人及其自动化实验室在仿人机器人领域多年研究成果的总结。它系统介绍了仿人机器人的基本原理及主要技术，主要内容包括： 仿人机器人概论； 仿人步行的数学表示方法； 仿人机器人的稳定性理论； 仿人机器人的运动规划； 仿人机器人的步行信息感知与传感反射控制； 仿人机器人的仿生控制。
    《仿人机器人理论与技术》可供从事足式移动机器人研究的科研人员、相关专业的研究生或本科高年级学生使用。

    针对双足机器人易摔倒的特点，一些研究人员从约束条件人手，分析了双足机器人支撑脚与地面不发生翻转的条件，提出了ZMP的概念，并认为ZMP在支撑多边形内部时步行系统稳定，反之则不稳定。这种基于约束条件来定义步行稳定性的方法，物理意义直观、易于实现，是目前的主流方法。但是，这种稳定性定义与在力学、数学、控制理论等学科中广泛应用的稳定性概念不一致，混淆了稳定性和约束性的概念，也无法解释动态步行的稳定性问题。实际上，当不满足ZMP稳定条件时，双足机器人也可实现稳定步行。
    Grizzle等人从混杂系统的角度，给出了周期步行稳定性的定义，并运用庞加莱映射分析了一个三杆模型双足机器人的步行稳定性问题。
    但是双足步行运动不仅是周期现象，随着双足机器人应用领域的不断扩大，各种非周期步行运动（如变速行走、改变行走方向、在崎岖路面行走等）也迫切地需要引入稳定性的概念。
    因而，双足步行的进一步研究就迫切地需要一个既能体现双足步行运动的特点，又符合经典的稳定性概念，既适合周期系统，又适合非周期系统的双足步行稳定性定义。
    从直观上看，稳定性就是对于一个处于正常工作状态的系统，在干扰的作用下，系统状态偏离了原有工作状态，如果该系统是稳定的，那么当干扰取消后，系统会在自身作用下回到正常工作状态。
    由稳定性的直观表述可知，稳定性的概念是针对一个处于正常工作状态的系统而言的.对于双足步行而言，其正常工作状态是不摔倒的期望步行运动，因此，也可类似地给出双足步行稳定性的直观表述。

1 仿人机器人概论
1.1 仿人机器人的基本概念
1.1.1 自由度配置
1.1.2 驱动方式
1.1.3 足部机构
1.1.4 传感器
1.2 仿人机器人的发展历程及现状
1.2.1 主动型仿人机器人的发展历程及现状
1.2.2 被动型仿人机器人的发展历程及现状
1.3 存在的挑战
1.4 本书各章节的内容安排
参考文献

2 仿人步行的数学表示方法
2.1 引论
2.2 仿人机器人的运动学建模
2.2.1 THBIP-Ⅰ仿人机器人
2.2.2 坐标系定义与方向余弦矩阵
2.2.3 位置模型
2.2.4 各刚体的角速度
2.2.5 各刚体的角加速度
2.2.6 各刚体的质心速度
2.2.7 各刚体的质心加速度
2.3 仿人机器人的动力学建模
2.3.1 正向动力学求解——拉格朗日方法
2.3.2 逆向动力学求解——牛顿-欧拉方法
2.3.3 动力学问题的符号自动推导
2.4 地面碰撞建模
2.4.1 碰撞的假设条件
2.4.2 碰撞过程推导
2.5 仿人机器人的整体步行模型
2.5.1 变维数混杂自动机
2.5.2 若干假设
2.5.3 正常平地前向步行的可能形式
2.6 小结
参考文献

3 仿人机器人的稳定性理论
3.1 引论
3.2 现有的步行稳定性判据及其局限性
3.2.1 ZMP稳定性判据
3.2.2 庞加莱回归映射稳定性理论
3.2.3 质心角动量判据
3.3 双足步行稳定性及其降维方法
3.3.1 双足步行稳定性的直观表述及其数学定义
3.3.2 生成不摔倒运动的方法
3.3.3 双足步行稳定性的降维原理和降维方法
3.3.4 降维后的任务空间模型
3.4 任务空间的稳定性判据
3.4.1 任务空间模型的基本假设与若干定义
3.4.2 截面序列及其与混杂状态轨线的等价性
3.4.3 截面映射及其同胚的解析形式
3.4.4 截面映射稳定性判据
3.4.5 有脚双足机器人的仿真算例
3.5 稳定性判据的应用（一）：行走模式规划
3.5.1 欠驱动双足机器人的步行数学模型
3.5.2 参数化的行走模式
3.5.3 行走性能指标及其图集
3.5.4 基于指标图集的行走模式规划
3.5.5 实验结果
3.6 稳定性判据的应用（二）：行走模式转换
3.6.1 行走模式一步转换
3.6.2 行走模式多步转换
3.6.3 实验结果
3.7 小结
参考文献

4 仿人机器人的运动规划
4.1 引论
4.2 无环境约束下的运动规划
4.2.1 完整双足步行的三维运动描述
4.2.2 约束动力学模型
4.2.3 稳定性约束与参数优化
4.2.4 仿真研究
4.2.5 实验结果
4.3 局部环境约束下的运动规划与控制
4.3.1 仿人机器人爬楼梯时的运动方程
4.3.2 上下楼梯的步态综合
4.3.3 感觉回馈控制
4.3.4 实验结果
4.4 复杂非结构化环境约束下的运动规划与控制
4.4.1 足迹规划的数学表述与足迹规划器
4.4.2 基于复合足迹转换模型的确定性足迹规划方法
4.4.3 数值规划实验及分析
4.5 小结
参考文献

5 仿人机器人的步行信息感知与传感反射控制
5.1 引论
5.2 仿人机器人的ZMP-CoP检测系统
5.2.1 THBIP-Ⅰ仿人机器人的CoP数学模型
5.2.2 ZMP-CoP检测系统的组成
5.2.3 系统准确性验证实验
5.2.4 基于ZMP-CoP检测系统的行走实验研究
5.3 仿人机器人的姿态检测系统
5.3.1 捷联惯性导航系统的基本原理
5.3.2 THBIP-Ⅰ仿人机器人姿态解算的数学模型
5.3.3 系统组成及仿真研究
5.4 基于传感反射的运动生成与步行控制
5.4.1 基于传感反射的在线步态生成问题的提出
5.4.2 初始步行模式发生器
5.4.3 状态转换
5.4.4 传感反射的数学描述
5.4.5 基于传感反射步态生成的特性分析
5.4.6 环境适应性分析
5.5 小结
参考文献

6 仿人机器人的仿生控制
6.1 引论
6.2 全局稳定的相关问题
6.2.1 任务空间的周期运动状态
6.2.2 步幅分叉与关节协调
6.3 仿生控制策略
6.3.1 整体思路
6.3.2 节律运动
6.3.3 姿态保持
6.4 步行仿真
6.5 步行特性分析
6.5.1 稳定性
6.5.2 运动特性
6.5.3 参数选择策略
6.6 样机设计与步行实验
6.6.1 机械结构
6.6.2 驱动系统
6.6.3 控制系统
6.6.4 步行实验
6.7 小结
参考文献
结束语