书籍详情
医疗机器人建模与制造
作者：（日）上田淳,（日）栗田雄一
出版社：机械工业出版社
出版时间：2017-09-01
ISBN：9787111579083
定价：¥69.00
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内容简介
《机器人学译丛：医疗机器人建模与制造》主要介绍医疗机器人的基础知识、研究挑战、关键成果、应用以及未来发展趋势，包含辅助、康复和服务等机器人类别。每章都由该领域的专家撰写，涵盖解剖造型、肌肉骨骼、神经和认知系统，以及运动能力、自适应性、集成性和安全问题等。其中关于机械和控制方面的大规模尖端应用对于学术界和工业界有很高的参考价值。《机器人学译丛：医疗机器人建模与制造》适合机器人领域的研究者、学生和技术人员巩固理论基础、了解业界前沿，也适合生物医学领域的读者了解相关工程实践。
作者简介
Jun Ueda，佐治亚理工学院机械工程学院副教授，研究领域为电子工程、控制系统工程和机械工程，是机器人领域系统动力学和鲁棒控制方面的专家，并为工业和医疗应用开发传感和驱动设备。 Yuichi Kurita，广岛大学工程部副教授，是机器人领域人机工程分析和生理测量方面的专家，曾参与的项目包括研发可提高人类感知和运动能力的辅助设备以及医疗应用中的触觉建模等。
目录
目 录
Human Modeling for Bio-Inspired Robotics: Mechanical Engineering in Assistive Technologies
译者序
前言
第一部分 人类肌肉骨骼系统的建模及应用，人类运动的计算分析、建模及应用
第1章 在机器人手掌中为提升操作性而实现的类人关节刚性 2
1.1 引言 2
1.2 关节刚性的建模 2
1.2.1 方法 2
1.2.2 实验结果 7
1.2.3 关节刚性建模的总结 12
1.2.4 对具有并行柔性的机器人关节的分析 13
1.2.5 时间延迟作用 13
1.2.6 加入并行柔性的作用 14
1.2.7 系统并行柔性的设计指南 16
1.3 被动关节刚性的多指操纵 16
1.3.1 系统模型 16
1.3.2 抓握稳定性分析 17
1.3.3 操作控制器的设计 17
1.3.4 实验与结果 18
1.4 讨论 21
参考文献 22
第2章 人类下肢肌肉骨骼的计算分析综述 24
2.1 引言 24
2.2 人类行走的步态周期 25
2.3 正常人类行走的生物力学 27
2.4 人类行走的量化模型 27
2.4.1 人类行走的运动学 28
2.4.2 人类行走的动力学 29
2.5 肌肉骨骼与铰接系统交互的计算分析 37
2.6 结论 40
参考文献 41
第3章 肌电控制的人–机器人接口：一种混合运动和任务的建模方法 47
3.1 引言 47
3.2 EMG动作分类 48
3.2.1 EMG采集与分析 48
3.2.2 动作分类 51
3.3 人类接口的任务建模 53
3.3.1 人类任务建模 53
3.3.2 结合肌电建模与任务建模 55
3.4 使用任务建模的肌电控制人–机器人接口 56
3.4.1 系统描述 56
3.4.2 动作分类实验 58
3.4.3 机器人操作实验 60
3.5 讨论与总结 62
3.5.1 分类准确率的增加 62
3.5.2 BN任务模型对分类结果的影响 63
参考文献 64
第4章 基于家庭的姿势平衡康复的个性化建模 68
4.1 引言 68
4.2 基于家庭的姿势平衡康复 68
4.3 身体肢体的参数 70
4.4 人类受试者的质心位置估计 70
4.5 方法 72
4.5.1 SESC计算 72
4.5.2 使用卡尔曼滤波器的SESC参数识别和视觉反馈 73
4.5.3 角动量的零速率 74
4.5.4 实验 75
4.6 实验结果 76
4.6.1 高成本传感器对比便携式传感器 76
4.6.2 收敛–骨架着色反馈与无视觉反馈 78
4.6.3 使用新运动集进行交叉验证 78
4.6.4 姿势稳定指数 80
4.7 讨论 81
4.8 结论 81
参考文献 81
第5章 步态恢复的混合神经假体的建模和动态优化 85
5.1 引言 85
5.2 动态模型 86
5.2.1 初始双重支撑阶段 86
5.2.2 单一支撑阶段 87
5.2.3 冲击和最终双重支撑阶段 89
5.3 动态优化 90
5.4 仿真与结果 91
5.4.1 在对抗肌肉副之间切换 91
5.4.2 对抗肌肉副的共激活作用 91
5.4.3 混合关节致动器 91
5.4.4 模拟结果 92
5.5 结论与未来的工作 94
附录 95
参考文献 96
第6章 身体运动感测的柔性可穿戴机器人技术 98
6.1 身体运动感测 98
6.2 嵌入导电液的柔性人造皮肤 101
6.3 应变敏感的导电聚合物 106
6.4 用于运动感测的光纤可穿戴传感器 110
6.5 结论与未来的发展 112
参考文献 112
第二部分 人类认知和肌肉技能的建模及应用
第7章 辅助和康复机器人的非侵入性脑机接口技术综述 118
7.1 引言 118
7.2 脑机接口 118
7.2.1 脑电图 118
7.2.2 大脑活动的类型 119
7.2.3 BMI的类别 119
7.2.4 伪迹信号 119
7.2.5 基于感觉运动节律的BMI 120
7.2.6 性能评估 123
7.3 辅助机器人的BMI 123
7.3.1 共享控制 123
7.3.2 BMI与非穿戴式机器人 124
7.3.3 BMI与可穿戴式机器人 124
7.4 康复机器人的BMI 127
7.4.1 上肢运动恢复 127
7.4.2 下肢与步态恢复 128
7.5 结论 129
致谢 130
参考文献 130
第8章 辅助机器人中人–机器人协作的意图推理 139
8.1 背景技术 139
8.2 研究挑战和解决方法 141
8.2.1 系统建模 141
8.2.2 意图推理 142
8.2.3 在线模型学习 146
8.3 应用 147
8.3.1 人–机器人协作 148
8.3.2 辅助机器人 150
8.4 讨论 153
8.5 结论 153
附录 153
参考文献 157
第9章 生物力学的HRI建模和外骨骼辅助应用的机电一体化设计 160
9.1 引言 160
9.2 外骨骼设计的挑战 161
9.2.1 人–外骨骼系统的生物力学建模 161
9.2.2 运动结构 162
9.2.3 致动器 162
9.2.4 感测 163
9.3 生物力学建模 163
9.4 HRI模型的开发 164
9.5 设计实例 165
9.5.1 实例一：用于重力补偿的弹簧加载的外骨骼 165
9.5.2 实例二：2自由度主动辅助外骨骼 168
9.6 结论 171
致谢 172
参考文献 172
第10章 辅助机器人的人类心理建模 174
10.1 引言 174
10.2 人类特征的维度 175
10.2.1 性格 176
10.2.2 情感和心情 176
10.2.3 智力 177
10.2.4 社交智力 177
10.3 构建HRI的行为模型 178
10.4 经济决策模型 179
10.4.1 神经经济学 181
10.4.2 认知架构 183
10.5 心理推理模型 183
10.5.1 心理特征的检测和建模 184
10.5.2 利用情景 185
10.6 结论 185
Human Modeling for Bio-Inspired Robotics: Mechanical Engineering in Assistive Technologies
译者序
前言
第一部分 人类肌肉骨骼系统的建模及应用，人类运动的计算分析、建模及应用
第1章 在机器人手掌中为提升操作性而实现的类人关节刚性 2
1.1 引言 2
1.2 关节刚性的建模 2
1.2.1 方法 2
1.2.2 实验结果 7
1.2.3 关节刚性建模的总结 12
1.2.4 对具有并行柔性的机器人关节的分析 13
1.2.5 时间延迟作用 13
1.2.6 加入并行柔性的作用 14
1.2.7 系统并行柔性的设计指南 16
1.3 被动关节刚性的多指操纵 16
1.3.1 系统模型 16
1.3.2 抓握稳定性分析 17
1.3.3 操作控制器的设计 17
1.3.4 实验与结果 18
1.4 讨论 21
参考文献 22
第2章 人类下肢肌肉骨骼的计算分析综述 24
2.1 引言 24
2.2 人类行走的步态周期 25
2.3 正常人类行走的生物力学 27
2.4 人类行走的量化模型 27
2.4.1 人类行走的运动学 28
2.4.2 人类行走的动力学 29
2.5 肌肉骨骼与铰接系统交互的计算分析 37
2.6 结论 40
参考文献 41
第3章 肌电控制的人–机器人接口：一种混合运动和任务的建模方法 47
3.1 引言 47
3.2 EMG动作分类 48
3.2.1 EMG采集与分析 48
3.2.2 动作分类 51
3.3 人类接口的任务建模 53
3.3.1 人类任务建模 53
3.3.2 结合肌电建模与任务建模 55
3.4 使用任务建模的肌电控制人–机器人接口 56
3.4.1 系统描述 56
3.4.2 动作分类实验 58
3.4.3 机器人操作实验 60
3.5 讨论与总结 62
3.5.1 分类准确率的增加 62
3.5.2 BN任务模型对分类结果的影响 63
参考文献 64
第4章 基于家庭的姿势平衡康复的个性化建模 68
4.1 引言 68
4.2 基于家庭的姿势平衡康复 68
4.3 身体肢体的参数 70
4.4 人类受试者的质心位置估计 70
4.5 方法 72
4.5.1 SESC计算 72
4.5.2 使用卡尔曼滤波器的SESC参数识别和视觉反馈 73
4.5.3 角动量的零速率 74
4.5.4 实验 75
4.6 实验结果 76
4.6.1 高成本传感器对比便携式传感器 76
4.6.2 收敛–骨架着色反馈与无视觉反馈 78
4.6.3 使用新运动集进行交叉验证 78
4.6.4 姿势稳定指数 80
4.7 讨论 81
4.8 结论 81
参考文献 81
第5章 步态恢复的混合神经假体的建模和动态优化 85
5.1 引言 85
5.2 动态模型 86
5.2.1 初始双重支撑阶段 86
5.2.2 单一支撑阶段 87
5.2.3 冲击和最终双重支撑阶段 89
5.3 动态优化 90
5.4 仿真与结果 91
5.4.1 在对抗肌肉副之间切换 91
5.4.2 对抗肌肉副的共激活作用 91
5.4.3 混合关节致动器 91
5.4.4 模拟结果 92
5.5 结论与未来的工作 94
附录 95
参考文献 96
第6章 身体运动感测的柔性可穿戴机器人技术 98
6.1 身体运动感测 98
6.2 嵌入导电液的柔性人造皮肤 101
6.3 应变敏感的导电聚合物 106
6.4 用于运动感测的光纤可穿戴传感器 110
6.5 结论与未来的发展 112
参考文献 112
第二部分 人类认知和肌肉技能的建模及应用
第7章 辅助和康复机器人的非侵入性脑机接口技术综述 118
7.1 引言 118
7.2 脑机接口 118
7.2.1 脑电图 118
7.2.2 大脑活动的类型 119
7.2.3 BMI的类别 119
7.2.4 伪迹信号 119
7.2.5 基于感觉运动节律的BMI 120
7.2.6 性能评估 123
7.3 辅助机器人的BMI 123
7.3.1 共享控制 123
7.3.2 BMI与非穿戴式机器人 124
7.3.3 BMI与可穿戴式机器人 124
7.4 康复机器人的BMI 127
7.4.1 上肢运动恢复 127
7.4.2 下肢与步态恢复 128
7.5 结论 129
致谢 130
参考文献 130
第8章 辅助机器人中人–机器人协作的意图推理 139
8.1 背景技术 139
8.2 研究挑战和解决方法 141
8.2.1 系统建模 141
8.2.2 意图推理 142
8.2.3 在线模型学习 146
8.3 应用 147
8.3.1 人–机器人协作 148
8.3.2 辅助机器人 150
8.4 讨论 153
8.5 结论 153
附录 153
参考文献 157
第9章 生物力学的HRI建模和外骨骼辅助应用的机电一体化设计 160
9.1 引言 160
9.2 外骨骼设计的挑战 161
9.2.1 人–外骨骼系统的生物力学建模 161
9.2.2 运动结构 162
9.2.3 致动器 162
9.2.4 感测 163
9.3 生物力学建模 163
9.4 HRI模型的开发 164
9.5 设计实例 165
9.5.1 实例一：用于重力补偿的弹簧加载的外骨骼 165
9.5.2 实例二：2自由度主动辅助外骨骼 168
9.6 结论 171
致谢 172
参考文献 172
第10章 辅助机器人的人类心理建模 174
10.1 引言 174
10.2 人类特征的维度 175
10.2.1 性格 176
10.2.2 情感和心情 176
10.2.3 智力 177
10.2.4 社交智力 177
10.3 构建HRI的行为模型 178
10.4 经济决策模型 179
10.4.1 神经经济学 181
10.4.2 认知架构 183
10.5 心理推理模型 183
10.5.1 心理特征的检测和建模 184
10.5.2 利用情景 185
10.6 结论 185
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