醫(yī)療機(jī)器人建模與制造

目　　錄
Human Modeling for Bio-Inspired Robotics: Mechanical Engineering in Assistive Technologies
譯者序
前言
第一部分　人類肌肉骨骼系統(tǒng)的建模及應(yīng)用，人類運(yùn)動(dòng)的計(jì)算分析、建模及應(yīng)用
第1章　在機(jī)器人手掌中為提升操作性而實(shí)現(xiàn)的類人關(guān)節(jié)剛性 2
1.1　引言 2
1.2　關(guān)節(jié)剛性的建模 2
1.2.1　方法 2
1.2.2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果 7
1.2.3　關(guān)節(jié)剛性建模的總結(jié) 12
1.2.4　對具有并行柔性的機(jī)器人關(guān)節(jié)的分析 13
1.2.5　時(shí)間延遲作用 13
1.2.6　加入并行柔性的作用 14
1.2.7　系統(tǒng)并行柔性的設(shè)計(jì)指南 16
1.3　被動(dòng)關(guān)節(jié)剛性的多指操縱 16
1.3.1　系統(tǒng)模型 16
1.3.2　抓握穩(wěn)定性分析 17
1.3.3　操作控制器的設(shè)計(jì) 17
1.3.4　實(shí)驗(yàn)與結(jié)果 18
1.4　討論 21
參考文獻(xiàn) 22
第2章　人類下肢肌肉骨骼的計(jì)算分析綜述 24
2.1　引言 24
2.2　人類行走的步態(tài)周期 25
2.3　正常人類行走的生物力學(xué) 27
2.4　人類行走的量化模型 27
2.4.1　人類行走的運(yùn)動(dòng)學(xué) 28
2.4.2　人類行走的動(dòng)力學(xué) 29
2.5　肌肉骨骼與鉸接系統(tǒng)交互的計(jì)算分析 37
2.6　結(jié)論 40
參考文獻(xiàn) 41
第3章　肌電控制的人–機(jī)器人接口：一種混合運(yùn)動(dòng)和任務(wù)的建模方法 47
3.1　引言 47
3.2　EMG動(dòng)作分類 48
3.2.1　EMG采集與分析 48
3.2.2　動(dòng)作分類 51
3.3　人類接口的任務(wù)建模 53
3.3.1　人類任務(wù)建模 53
3.3.2　結(jié)合肌電建模與任務(wù)建模 55
3.4　使用任務(wù)建模的肌電控制人–機(jī)器人接口 56
3.4.1　系統(tǒng)描述 56
3.4.2　動(dòng)作分類實(shí)驗(yàn) 58
3.4.3　機(jī)器人操作實(shí)驗(yàn) 60
3.5　討論與總結(jié) 62
3.5.1　分類準(zhǔn)確率的增加 62
3.5.2　BN任務(wù)模型對分類結(jié)果的影響 63
參考文獻(xiàn) 64
第4章　基于家庭的姿勢平衡康復(fù)的個(gè)性化建模 68
4.1　引言 68
4.2　基于家庭的姿勢平衡康復(fù) 68
4.3　身體肢體的參數(shù) 70
4.4　人類受試者的質(zhì)心位置估計(jì) 70
4.5　方法 72
4.5.1　SESC計(jì)算 72
4.5.2　使用卡爾曼濾波器的SESC參數(shù)識(shí)別和視覺反饋 73
4.5.3　角動(dòng)量的零速率 74
4.5.4　實(shí)驗(yàn) 75
4.6　實(shí)驗(yàn)結(jié)果 76
4.6.1　高成本傳感器對比便攜式傳感器 76
4.6.2　收斂–骨架著色反饋與無視覺反饋 78
4.6.3　使用新運(yùn)動(dòng)集進(jìn)行交叉驗(yàn)證 78
4.6.4　姿勢穩(wěn)定指數(shù) 80
4.7　討論 81
4.8　結(jié)論 81
參考文獻(xiàn) 81
第5章　步態(tài)恢復(fù)的混合神經(jīng)假體的建模和動(dòng)態(tài)優(yōu)化 85
5.1　引言 85
5.2　動(dòng)態(tài)模型 86
5.2.1　初始雙重支撐階段 86
5.2.2　單一支撐階段 87
5.2.3　沖擊和最終雙重支撐階段 89
5.3　動(dòng)態(tài)優(yōu)化 90
5.4　仿真與結(jié)果 91
5.4.1　在對抗肌肉副之間切換 91
5.4.2　對抗肌肉副的共激活作用 91
5.4.3　混合關(guān)節(jié)致動(dòng)器 91
5.4.4　模擬結(jié)果 92
5.5　結(jié)論與未來的工作 94
附錄 95
參考文獻(xiàn) 96
第6章　身體運(yùn)動(dòng)感測的柔性可穿戴機(jī)器人技術(shù) 98
6.1　身體運(yùn)動(dòng)感測 98
6.2　嵌入導(dǎo)電液的柔性人造皮膚 101
6.3　應(yīng)變敏感的導(dǎo)電聚合物 106
6.4　用于運(yùn)動(dòng)感測的光纖可穿戴傳感器 110
6.5　結(jié)論與未來的發(fā)展 112
參考文獻(xiàn) 112
第二部分　人類認(rèn)知和肌肉技能的建模及應(yīng)用
第7章　輔助和康復(fù)機(jī)器人的非侵入性腦機(jī)接口技術(shù)綜述 118
7.1　引言 118
7.2　腦機(jī)接口 118
7.2.1　腦電圖 118
7.2.2　大腦活動(dòng)的類型 119
7.2.3　BMI的類別 119
7.2.4　偽跡信號 119
7.2.5　基于感覺運(yùn)動(dòng)節(jié)律的BMI 120
7.2.6　性能評估 123
7.3　輔助機(jī)器人的BMI 123
7.3.1　共享控制 123
7.3.2　BMI與非穿戴式機(jī)器人 124
7.3.3　BMI與可穿戴式機(jī)器人 124
7.4　康復(fù)機(jī)器人的BMI 127
7.4.1　上肢運(yùn)動(dòng)恢復(fù) 127
7.4.2　下肢與步態(tài)恢復(fù) 128
7.5　結(jié)論 129
致謝 130
參考文獻(xiàn) 130
第8章　輔助機(jī)器人中人–機(jī)器人協(xié)作的意圖推理 139
8.1　背景技術(shù) 139
8.2　研究挑戰(zhàn)和解決方法 141
8.2.1　系統(tǒng)建模 141
8.2.2　意圖推理 142
8.2.3　在線模型學(xué)習(xí) 146
8.3　應(yīng)用 147
8.3.1　人–機(jī)器人協(xié)作 148
8.3.2　輔助機(jī)器人 150
8.4　討論 153
8.5　結(jié)論 153
附錄 153
參考文獻(xiàn) 157
第9章　生物力學(xué)的HRI建模和外骨骼輔助應(yīng)用的機(jī)電一體化設(shè)計(jì) 160
9.1　引言 160
9.2　外骨骼設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn) 161
9.2.1　人–外骨骼系統(tǒng)的生物力學(xué)建模 161
9.2.2　運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu) 162
9.2.3　致動(dòng)器 162
9.2.4　感測 163
9.3　生物力學(xué)建模 163
9.4　HRI模型的開發(fā) 164
9.5　設(shè)計(jì)實(shí)例 165
9.5.1　實(shí)例一：用于重力補(bǔ)償?shù)膹椈杉虞d的外骨骼 165
9.5.2　實(shí)例二：2自由度主動(dòng)輔助外骨骼 168
9.6　結(jié)論 171
致謝 172
參考文獻(xiàn) 172
第10章　輔助機(jī)器人的人類心理建模 174
10.1　引言 174
10.2　人類特征的維度 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　構(gòu)建HRI的行為模型 178
10.4　經(jīng)濟(jì)決策模型 179
10.4.1　神經(jīng)經(jīng)濟(jì)學(xué) 181
10.4.2　認(rèn)知架構(gòu) 183
10.5　心理推理模型 183
10.5.1　心理特征的檢測和建模 184
10.5.2　利用情景 185
10.6　結(jié)論 185