本書系統(tǒng)、全面地介紹了生機電一體化機器人的基本概念、基本問題和基本方法。全書共6章，內容包括生機電一體化機器人的基本概念、最新進展、機構設計、傳感及控制、神經控制、感覺反饋及典型應用案例。
本書作為生機電一體化機器人課程的教材，注重理論聯系實際，力求對生機電一體化機器人的設計、集成與交互控制進行全面、系統(tǒng)的介紹。每章主題鮮明，內容翔實豐富，既有基本知識闡述，又有具體應用舉例。
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1988到1993年就讀于清華大學,獲工學學士學位。1996到2001年就讀于哈爾濱工業(yè)大學，獲工學博士學位。目前任職于哈爾濱工業(yè)大學機電工程學院。受聘為教授，博士生導師，哈爾濱工業(yè)大學機器人研究所副所長，國家級高層次人才。生機電一體化機器人、機器人智能靈巧操作、醫(yī)療機器人等獲國家技術發(fā)明二等獎2項和省部級科技獎勵6項，出版學術專著3部，發(fā)表論文240多篇，授權和申請國家發(fā)明專利70余項。
目錄
第1章 緒論 1
1.1 生機電一體化機器人的產生 1
1.2 生機電一體化機器人概述 3
1.3 生機電一體化機器人的國內外研究現狀 5
1.3.1 智能假肢手 5
1.3.2 其他生機電一體化系統(tǒng) 13
本章小結 18
參考文獻 18
第2章 人手運動特性及解析 20
2.1 人手解剖學結構 20
2.1.1 人手骨骼結構 20
2.1.2 人手肌肉 22
2.1.3 人手肌腱連接 26
2.1.4 上肢肌群協同驅動 27
2.2 人手運動特性 28
2.2.1 人手基本運動信息 31
2.2.2 人手抓取姿勢分類 34
2.3 人手運動功能解析 34
2.3.1 人手數據采集 36
2.3.2 人手運動數據集 39
2.3.3 人手運動解析與模型構建 44
本章小結 44
參考文獻 44
第3章 生機電一體化機器人的機構設計 47
3.1 欠驅動假肢手機構設計概述 47
3.1.1 欠驅動概述 47
3.1.2 假肢手自由度配置 49
3.1.3 假肢手驅動技術 50
3.2 欠驅動假肢手的典型機構設計實例 51
3.2.1 全耦合欠驅動假肢手機構設計 51
3.2.2 自適應欠驅動假肢手機構設計 55
3.2.3 耦合-自適應欠驅動假肢手機構設計 56
3.2.4 指向協同欠驅動假肢手機構設計 60
3.2.5 全局協同欠驅動假肢手機構設計 62
本章小結 65
參考文獻 65
第4章 生機電一體化機器人的傳感及控制 67
4.1 機器人傳感器概述 67
4.1.1 機器人外部傳感器 67
4.1.2 機器人內部傳感器 70
4.2 假肢手傳感器設計實例 73
4.2.1 基于巨磁阻效應的位置傳感器 73
4.2.2 基于 MEMS 的微型六維指尖力/力矩傳感器 74
4.2.3 基于紅外反射的接近寬傳感器 77
4.2.4 基于量子隧道效應的三維力觸覺傳感器 79
4.3 假肢手控制系統(tǒng)設計及集成 83
4.3.1 分布式控制系統(tǒng) 83
4.3.2 集中式控制系統(tǒng) 90
4.3.3 假肢手控制系統(tǒng)集成 93
4.4 假肢手控制方法 98
4.4.1 位置控制 99
4.4.2 沖擊控制和力控制 102
4.4.3 阻抗控制 105
本章小結 107
參考文獻 107
第5章 生機電一體化機器人的神經控制 108
5.1 生物信號的概述 108
5.1.1 生物電信號 108
5.1.2 其他生物信號 112
5.2 肌電信號的生理基礎 112
5.2.1 動作電位的產生 113
5.2.2 神經沖動的傳導 114
5.2.3 肌電信號的形成 115
5.3 肌電信號采集系統(tǒng) 117
5.3.1 肌電傳感器 117
5.3.2 肌電信號預處理 120
5.3.3 肌電信號采集系統(tǒng)設計實例 121
5.4 基于肌電信號的人手運動識別 123
5.4.1 肌電信號特征提取 124
5.4.2 基于機電信號的人手運動估計 127
5.4.3 運動單元動作電位序列反解 129
5.5 腦機接口及其應用 131
5.5.1 腦機接口的分類 131
5.5.2 腦電信號采集系統(tǒng) 131
5.5.3 腦電信號處理 132
5.5.4 腦電信號特征提取 134
5.5.5 腦機接口在主機電一體化機器人的應用 137
5.6 多模態(tài)生機接口及其應用 138
5.6.1 表面機電與慣性測量單元融合的生機接口 138
5.6.2 表面機電與肌音圖融合的生機接口 139
5.6.3 表面機電與肌力圖融合的生機接口 139
5.6.4 表面機電與肌肉超聲圖融合的生機接口 140
5.6.5 表面機電與近紅外光譜融合的生機接口 140
5.6.6 表面機電與腦電融合的生機接口 141
本章小結 142
參考文獻 142
第6章 生機電一體化機器人的感覺反饋 144
6.1 感覺反饋的生理基礎 144
6.1.1 皮膚的機械感受器 144
6.1.2 軀體本體感器官 147
6.1.3 軀體感覺中樞 147
6.1.4 軀體感覺傳導通路 148
6.2 生機電一體化機器人的感覺反饋方式 150
6.2.1 電刺激反饋 150
6.2.2 振動反饋 152
6.2.3 力反饋 152
6.2.4 其他反饋方式 153
6.3 電刺激反饋概述 154
6.3.1 電觸覺的神經基礎 154
6.3.2 電觸覺特性 155
6.3.3 神經纖維模型 157
6.4 電觸覺系統(tǒng) 161
6.4.1 電刺激電極 161
6.4.2 電刺激器 166
6.5 電刺激對肌電信號的干擾抑制方法 167
6.5.1 電刺激對肌電信號的干擾 168
6.5.2 基于雙相電刺激的噪聲抑制 168
6.5.3 基于自適應濾波算法的電刺激噪聲抑制 169
6.6 感覺反饋策略 171
6.6.1 感覺替代 171
6.6.2 模態(tài)匹配 173
6.6.3 軀體特定區(qū)匹配 173
6.6.4 多模態(tài)反饋 174
本章小結 175
參考文獻 176
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