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智能機器人系統設計與生物電信號控制

  • 作者：肖飛雲|責編:陳?
  • 出版社：化學工業
  • ISBN：9787122488534
  • 出版日期：2026/01/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：460
人民幣：RMB 128 元      售價：元
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內容大鋼
    人與智能機器人的交互過程要求機器人能夠獲取人類的運動意圖，而這離不開對人類生物電信號的解析與應用，因此衍生出生物電信號控制與處理相關理論和方法，用於實現人與智能機器人的智能信息感知與人機交互。本書側重於生-機-電機器人系統的結構設計、硬體設計、控制演算法及生物信號在醫療、康復等領域的應用，涵蓋智能機器人機構設計基礎、運動學與動力學基礎、信息感知常用感測器、生物電信號處理基礎、控制基礎、構型設計、信息感知與人機交互、腦電控制、肌電控制、多模態生物電信號控制、嵌入式系統設計、上位機系統設計，涉及康復機器人、外骨骼機器人、智能假肢、仿人機器人這四類智能機器人設備及其人機交互控制相關理論方法。
    本書配套資源豐富，可供機器人、生物醫學等領域的技術工作者閱讀參考，也可作為高等院校相關專業師生的教學參考書。
作者介紹
肖飛雲|責編:陳?
    肖飛雲     工學博士，合肥工業大學副教授，碩士生導師，安徽省老年醫學學會康復醫學專業委員會委員。主要從事機器人構型設計、生物電信號處理、人機交互控制等方面的研究工作。先後在國家自然科學基金、安徽省自然科學基金、合肥市自然科學基金項目等的資助下，開展了智能機器人系統設計與生物電信號控制相關理論和工程應用的研究，發表論文30余篇。
目錄
第1章  緒論
  1.1  智能機器人簡介
    1.1.1  智能機器人概念
    1.1.2  智能機器人組成
  1.2  生物電信號簡介
    1.2.1  中樞神經系統-外周神經系統-肌肉系統簡介
    1.2.2  腦電信號簡介
    1.2.3  肌電信號簡介
  1.3  人機交互簡介
    1.3.1  信息感知簡介
    1.3.2  交互控制簡介
    1.3.3  交互界面簡介
  1.4  本書總體內容框架
第2章  智能機器人機構設計基礎
  2.1  自由度計算
    2.1.1  構件無約束下的自由度數
    2.1.2  構件有約束下的自由度數計算
  2.2  連桿機構
    2.2.1  連桿機構設計步驟
    2.2.2  曲柄搖桿機構、曲柄滑塊機構及其演化
    2.2.3  連桿機構在機器人機構設計中的應用
    2.2.4  機構組合方法
  2.3  蝸輪蝸桿機構、圓錐齒輪機構、滾珠絲杠與滑動絲杠機構
    2.3.1  蝸輪蝸桿機構、圓錐齒輪機構、滾珠絲杠機構特點與應用
    2.3.2  滑動絲杠、行星滾珠絲杠機構特點及應用
    2.3.3  蝸輪蝸桿機構和圓錐齒輪機構傳動方向與傳動比計算
  2.4  直齒輪、斜齒輪、齒輪齒條傳動與帶傳動
    2.4.1  直齒輪、斜齒輪、齒輪齒條傳動與帶傳動特點
    2.4.2  直齒輪斜齒輪傳動、齒輪齒條傳動與帶傳動傳動比
    2.4.3  直齒輪、斜齒輪、齒輪齒條與帶傳動在機器人中的應用
  2.5  鋼絲繩傳動與套索傳動
    2.5.1  鋼絲繩傳動基本類型
    2.5.2  鋼絲繩傳動優缺點
    2.5.3  套索傳動
    2.5.4  套索傳動優缺點
    2.5.5  鋼絲繩傳動和套索傳動在機器人中的應用
  2.6  滾動軸承
    2.6.1  滾動軸承作用
    2.6.2  滾動軸承主要類型
    2.6.3  滾動軸承安裝注意事項
    2.6.4  滾動軸承游隙調整注意事項
  2.7  軸上零件設計與固定
    2.7.1  軸向定位/固定方式
    2.7.2  周向定位/固定方式
    2.7.3  軸的防水防塵設計
    2.7.4  常見軸上零件錯誤匯總
  2.8  機器人機構設計步驟示例說明
  2.9  機器人機構設計前沿研究工作案例分析與總結
    2.9.1  組合法
    2.9.2  改進與擴展法

    2.9.3  仿生法
    2.9.4  新驅動形式法
第3章  智能機器人運動學與動力學基礎
  3.1  機器人運動學基礎
    3.1.1  質點和剛體
    3.1.2  基、坐標系與位置變換
    3.1.3  旋轉矩陣與姿態變換
    3.1.4  位置、速度、加速度、相對位置
    3.1.5  叉乘與斜對稱運算元
    3.1.6  角速度、角加速度
    3.1.7  相對速度、相對加速度
    3.1.8  齊次變換
  3.2  機器人系統運動學
    3.2.1  機器人桿件與關節DH描述
    3.2.2  標準DH法
    3.2.3  MDH法
    3.2.4  正運動學與工作空間
    3.2.5  逆運動學
  3.3  機器人動力學基礎
    3.3.1  雅克比矩陣
    3.3.2  牛頓歐拉方程
    3.3.3  機器人動力學方程應用案例
  3.4  機器人運動學與動力學模擬相關庫介紹
    3.4.1  Matlab robot toolbox
    3.4.2  Mujoco
  3.5  機器人運動學與動力學前沿研究工作案例分析與總結
    3.5.1  機器人運動學與動力學理論研究或應用
    3.5.2  冗余自由度機器人逆運動學問題
    3.5.3  人體運動學或動力學模型構建
    3.5.4  結合機器學習/強化學習
第4章  智能機器人信息感知常用感測器
  4.1  力感測器
    4.1.1  拉壓力感測器
    4.1.2  薄膜力感測器
    4.1.3  三維力感測器
  4.2  力矩感測器
    4.2.1  靜態轉矩感測器
    4.2.2  動態轉矩感測器
    4.2.3  六維力/力矩感測器
  4.3  角度感測器
    4.3.1  霍爾感測器/霍爾編碼器
    4.3.2  光電編碼器
    4.3.3  磁編碼器
    4.3.4  薄膜彎曲感測器
  4.4  姿態感測器
    4.4.1  慣性測量單元
    4.4.2  基於IMU的動作捕捉設備
    4.4.3  基於視覺的動作捕捉設備
  4.5  EEG感測器
    4.5.1  EEG生理機理

    4.5.2  濕式/乾式電極片
    4.5.3  EEG感測器示例電路
    4.5.4  商用EEG採集設備簡介
  4.6  sEMG感測器
    4.6.1  sEMG生理機理
    4.6.2  sEMG感測器示例電路
    4.6.3  商用乾式/濕式/高密度sEMG感測器簡介
  4.7  智能機器人感測器前沿研究工作案例分析與總結
    4.7.1  應用場景創新
    4.7.2  多感測器融合
    4.7.3  仿生感測器設計與應用
    4.7.4  材料科學
第5章  生物電信號處理基礎
  5.1  信號處理基礎
    5.1.1  各種形式的傅里葉變換與傅里葉級數
    5.1.2  有限衝激響應濾波器和無限衝激響應濾波器
    5.1.3  低通、高通、帶通、陷波濾波器
    5.1.4  Nyquis-tShannon採樣定理
  5.2  時域分析、頻域分析、時頻域分析、成分分析
    5.2.1  時域分析方法
    5.2.2  頻域分析方法
    5.2.3  時頻域分析方法
    5.2.4  成分分析
  5.3  信號模態分解
    5.3.1  信號模態分解概述
    5.3.2  經驗模態分解
    5.3.3  變分模態分解
    5.3.4  經驗小波變換
  5.4  EEG採集與處理
    5.4.1  EEG類型
    5.4.2  EEG採集
    5.4.3  EEG去噪與濾波
    5.4.4  EEG特徵提取
    5.4.5  EEG盲源信號分離
    5.4.6  EEG模式識別
  5.5  sEMG採集與處理
    5.5.1  sEMG採集
    5.5.2  sEMG去噪
    5.5.3  sEMG特徵提取
    5.5.4  sEMG分解
    5.5.5  sEMG與關節力矩/關節角度映射
    5.5.6  sEMG模式識別
  5.6  生物電信號處理前沿研究工作案例分析與總結
    5.6.1  新型生物電信號特徵提取方法
    5.6.2  建立具有生理機理特性支撐的生物電信號建模方法
    5.6.3  結合新型人工智慧方法開展模式識別或連續信號映射方法研究
    5.6.4  考慮特定場景或因素的生物電信號應用研究
第6章  智能機器人控制基礎
  6.1  現代控制理論基礎
    6.1.1  矩陣基礎

    6.1.2  控制系統的狀態空間表達式
    6.1.3  機器人狀態空間一般形式
    6.1.4  穩定性與李雅普諾夫方法
  6.2  PID控制
    6.2.1  PID控制基礎
    6.2.2  比例微分＋重力補償控制方法
    6.2.3  比例積分＋名義模型＋魯棒控制方法
    6.2.4  伺服電機電流環、速度環和位置環的PID控制
  6.3  自抗擾控制
    6.3.1  PID與自抗擾
    6.3.2  過渡過程、跟蹤微分器、非光滑反饋、擴展觀測器
    6.3.3  自抗擾控制組成
  6.4  阻抗控制與導納控制
    6.4.1  阻抗與導納概念
    6.4.2  阻抗控制
    6.4.3  導納控制
  6.5  智能機器人控制方法前沿研究工作案例分析與總結
    6.5.1  結合人工智慧方法的控制方法研究
    6.5.2  考慮應用場景特定因素的控制方法研究
    6.5.3  將生物電信號引入到機器人控制中的研究
    6.5.4  針對特定結構機器人對應控制方法研究
    6.5.5  對經典方法的改進
第7章  智能機器人構型設計
  7.1  人體肢體生物結構與運動學分析
    7.1.1  人體上肢生物結構與運動學分析
    7.1.2  人體下肢生物結構與運動學分析
    7.1.3  人體手部生物結構與運動學分析
    7.1.4  人體足部生物結構與運動學分析
  7.2  自由度解析
    7.2.1  上肢
    7.2.2  下肢
    7.2.3  手部
  7.3  驅動形式
    7.3.1  迴轉伺服電機
    7.3.2  直線伺服電機
    7.3.3  液壓驅動
    7.3.4  氣壓驅動
  7.4  構型分類
    7.4.1  串聯
    7.4.2  並聯
    7.4.3  混聯
  7.5  康復機器人與外骨骼機器人分類、傳動形式與設計要點
    7.5.1  類型
    7.5.2  傳動形式
    7.5.3  設計要點與思路
  7.6  智能假肢分類、傳動形式與設計要點
    7.6.1  類型
    7.6.2  傳動形式
    7.6.3  設計要點與思路
  7.7  人形機器人分類、傳動形式與設計要點

    7.7.1  類型
    7.7.2  傳動形式
    7.7.3  設計要點與思路
  7.8  智能機器人構型前沿研究工作案例分析與總結
    7.8.1  仿生構型
    7.8.2  新型驅動形式或傳動形式
    7.8.3  結構重構和機構變胞
    7.8.4  重力平衡
    7.8.5  柔性關節
第8章  智能機器人信息感知與人機交互
  8.1  人體信息感知器官與信息處理機制
    8.1.1  人體視覺及大腦處理視覺信息的機制
    8.1.2  人體聽覺及大腦處理聽覺信息的機制
    8.1.3  人體觸覺及大腦處理觸覺信息的機制
    8.1.4  人體肌肉及肌肉控制生理機制
    8.1.5  大腦皮層與中樞神經系統
  8.2  智能機器人信息感知
    8.2.1  關節角度
    8.2.2  彎曲角度
    8.2.3  關節力矩
    8.2.4  末端力和力觸覺
    8.2.5  人機交互力-氣壓感測器陣列、薄膜力感測器陣列
    8.2.6  視覺
    8.2.7  聽覺
    8.2.8  sEMG
    8.2.9  EEG
  8.3  智能機器人人機交互
    8.3.1  交互形式
    8.3.2  反饋形式
    8.3.3  交互關鍵技術
    8.3.4  交互安全技術
  8.4  智能機器人信息感知與人機交互前沿研究工作案例分析與總結
    8.4.1  人信息處理的機制模擬
    8.4.2  感知反饋
    8.4.3  人機交互
    8.4.4  不同應用場景下的信息感知與人機交互
第9章  智能機器人EEG控制
  9.1  智能機器人EEG控制框架
  9.2  輪椅EEG狀態控制
    9.2.1  融合P300和自主導航的輪椅腦電控制方法
    9.2.2  混合P300和運動想象的輪椅腦電控制方法
  9.3  外骨骼EEG控制
    9.3.1  基於SSVEP的外骨骼離散運動控制方法
    9.3.2  基於SSVEP的外骨骼連續運動控制方法
  9.4  智能假肢EEG控制
    9.4.1  具有功能性電刺激反饋迴路的智能假肢EEG控制
    9.4.2  集成AR的智能假肢EEG控制
  9.5  人形機器人EEG控制
    9.5.1  基於運動想象的人形機器人EEG控制
    9.5.2  人形機器人EEG＋EOG信號混合控制

  9.6  智能機器人EEG控制前沿研究工作案例分析與總結
    9.6.1  結合常規軌跡規劃和控制演算法
    9.6.2  多種腦電處理方法組合的控制演算法預處理方法或開發新的範式
    9.6.3  腦電處理方法和其他方法的結合
第10章  智能機器人sEMG控制
  10.1  智能機器人sEMG控制框架
  10.2  外骨骼sEMG控制
    10.2.1  基於sEMG的外骨骼阻抗控制
    10.2.2  比例肌電位置控制
    10.2.3  比例肌電力矩控制
    10.2.4  外骨骼自抗擾肌電控制
  10.3  仿生手肌電控制
    10.3.1  仿生手肌肉協同控制
    10.3.2  仿生手摩斯編碼sEMG控制
  10.4  仿人機器人sEMG控制
    10.4.1  基於sEMG的仿人機器人協同作業控制
    10.4.2  自適應阻抗的人機協作控制
  10.5  智能機器人sEMG控制前沿研究工作案例分析與總結
    10.5.1  多自由度sEMG連續運動控制
    10.5.2  精確肌肉收縮反饋迴路控制方法研究
    10.5.3  特定應用場景下的控制方法研究
    10.5.4  肌肉運動控制方法研究
    10.5.5  新型肌肉活動檢測方法及其控制應用研究
第11章  智能機器人多模態生物電信號控制
  11.1  智能機器人多模態生物電信號控制基本框架
  11.2  外骨骼多模態生物電信號控制
  11.3  假肢多模態生物電信號控制
    11.3.1  結合視覺、語音、肌電的假肢控制方法
    11.3.2  多模態反饋的假肢控制方法
  11.4  仿人機器人多模態生物電信號控制
  11.5  智能機器人多模態生物電信號控制前沿研究工作案例分析與總結
    11.5.1  多模態信號反饋
    11.5.2  多模態信號協作
    11.5.3  生物模擬的多模態信號處理的控制方法
第12章  智能機器人嵌入式系統設計
  12.1  嵌入式系統開發介紹
    12.1.1  嵌入式系統重要性
    12.1.2  嵌入式系統開發基本框架
  12.2  嵌入式系統C/C＋＋基礎
    12.2.1  變數、數組、結構體、數據移位、註釋
    12.2.2  判斷語句
    12.2.3  與、或、非
    12.2.4  循環
    12.2.5  函數
    12.2.6  中斷
  12.3  嵌入式最小系統
    12.3.1  主晶元
    12.3.2  電源
    12.3.3  晶振
    12.3.4  複位

    12.3.5  SWD程序調試與下載介面
    12.3.6  串口通信介面
    12.3.7  外部Flash存儲和外部RAM存儲
    12.3.8  系統擴展介面
  12.4  嵌入式系統電路原理圖與PCB圖
    12.4.1  原理圖繪製
    12.4.2  PCB繪製
    12.4.3  嵌入式系統電路原理圖和PCB圖繪製示例
  12.5  嵌入式系統重要模塊與外設
    12.5.1  ADC模塊
    12.5.2  串列通信-串口、SPI、I2C、RS485和CAN
    12.5.3  定時器
    12.5.4  DMA
  12.6  智能機器人神經信號控制與處理嵌入式系統開發案例
    12.6.1  套索傳動平台PID控制＋遲滯前饋補償嵌入式系統開發示例
    12.6.2  具有串口屏交互的仿生手嵌入式系統開發示例
第13章  智能機器人上位機系統設計
  13.1  上位機軟體系統開發介紹
    13.1.1  上位機系統重要性
    13.1.2  上位機系統開發基本框架
    13.1.3  pythonIDE和環境搭建
  13.2  上位機軟體系統編程基礎
    13.2.1  變數、列表、元組、字元串與註釋
    13.2.2  判斷語句if
    13.2.3  與、或、非
    13.2.4  循環
    13.2.5  函數與類
    13.2.6  進程和線程
    13.2.7  文件夾創建與讀寫
    13.2.8  程序打包
  13.3  上位機軟體系統界面設計基礎
    13.3.1  Pyside2和QT designer
    13.3.2  Qt designer常用控制項
    13.3.3  PyQtGraph
    13.3.4  自定義控制項屬性
    13.3.5  動態載入ui文件與控制項引用
    13.3.6  串口通信、WIFI通信和網路IP通信
  13.4  智能機器人神經信號控制與處理軟體系統開發案例
    13.4.1  生物電信號採集與顯示軟體案例
    13.4.2  套索傳動平台控制上位機軟體系統案例
參考文獻
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