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第1章 绪论 1

1.1 护理机器人的基本概念 1

1.1.1 护理机器人的定义 1

1.1.2 护理机器人的分类 1

1.2 护理机器人的特点及基本结构 5

1.2.1 护理机器人的特点 5

1.2.2 护理机器人的基本结构 6

1.3 护理机器人的发展历程及其发展趋势 6

1.3.1 国外护理机器人的发展状况 6

1.3.2 国内护理机器人的发展状况 8

1.3.3 护理机器人的发展趋势 10

1.4 护理机器人的关键技术 10

本章小结 12

参考文献 12

第2章 护理机器人机械系统设计 13

2.1 概述 13

2.2 结构设计 13

2.2.1 系统分析 13

2.2.2 运动参数的确定 14

2.2.3 护理机器人结构设计实例 14

2.3 驱动单元 15

2.3.1 驱动方式 15

2.3.2 步进电动机驱动系统 16

2.3.3 伺服电动机驱动系统 18

2.4 减速单元 21

2.4.1 行星齿轮减速器 21

2.4.2 谐波减速器 25

2.4.3 RV减速器 26

2.5 传动机构 27

2.5.1 直线传动机构 27

2.5.2 旋转传动机构 28

2.6 机械本体 30

2.6.1 机身设计 30

2.6.2 行走机构设计 32

本章小结 35

参考文献 36

第3章 机器人的运动学与动力学 37

3.1 概述 37

3.2 机器人运动学 37

3.2.1 刚体在空间中的位姿描述 37

3.2.2 齐次坐标变换 38

3.2.3 变换方程 40

3.3 机器人逆运动学 42

3.4 机器人动力学 43

3.4.1 机器人的速度雅可比矩阵 44

3.4.2 机器人的力雅可比矩阵 47

3.4.3 机器人的动力学分析 49

3.5 机器人动力学建模与仿真 50

3.5.1 机器人动力学建模 50

3.5.2 机器人动力学仿真 50

本章小结 51

参考文献 51

第4章 护理机器人传感器技术 52

4.1 概述 52

4.1.1 特点与分类 52

4.1.2 发展趋势 53

4.2 内部传感器 54

4.2.1 位移传感器 54

4.2.2 速度和加速度传感器 60

4.3 外部传感器 61

4.3.1 触觉传感器 62

4.3.2 应用力传感器 63

4.3.3 接近度传感器 64

4.3.4 其他传感器 66

4.4 护理机器人多传感器信息融合 66

4.4.1 概述 66

4.4.2 多传感器信息融合技术基础 67

4.4.3 多传感器信息融合实例 71

本章小结 73

参考文献 73

第5章 护理机器人视觉 74

5.1 概述 74

5.2 坐标系与三维变换 74

5.2.1 坐标系 74

5.2.2 三维变换 77

5.3 摄像机视觉模型 81

5.3.1 单目视觉模型 81

5.3.2 双目视觉模型 82

5.4 摄像机标定技术 83

5.4.1 摄像机畸变模型 83

5.4.2 摄像机标定算法 84

5.5 摄像机视觉图像处理技术 88

5.5.1 图像分割与轮廓提取 88

5.5.2 表示与描绘 95

5.5.3 目标识别 99

5.5.4 神经网络 102

5.5.5 比例估计 107

5.6 几何测量 109

5.6.1 单目测量距离 109

5.6.2 单目测量角度 111

5.6.3 双目测量距离 111

5.7 洗浴机器人洗头装置定位实例 112

5.7.1 系统结构与定位原理 112

5.7.2 摄像机选择与标定 113

5.7.3 头顶轮廓提取与偏移量计算 114

本章小结 115

参考文献 115

第6章 护理机器人语音识别技术 116

6.1 概述 116

6.1.1 语音识别的基本原理 116

6.1.2 语音识别的方法 116

6.2 语音信号的预处理 117

6.2.1 语音采样与量化 117

6.2.2 使用MATLAB处理语音信号 118

6.2.3 去除噪声 120

6.3 语音信号的分析与处理 120

6.3.1 语音信号的时域处理 120

6.3.2 语音信号的频域处理 122

6.3.3 端点检测 127

6.4 隐马尔可夫基本原理及其在语音识别中的应用 129

6.4.1 隐马尔可夫模型 130

6.4.2 HMM在语音识别中的应用 131

6.5 语音识别芯片 133

6.5.1 UniLite芯片的结构和参考设计 133

6.5.2 基于UniLite芯片的嵌入式语音识别技术 134

6.5.3 典型应用举例 135

6.6 语音情感识别技术 135

6.7 汉语语音与口型匹配技术 136

6.7.1 汉语语音与口型匹配的基本机理 136

6.7.2 汉语语音口型的几何匹配 138

6.7.3 汉语语音与口型的时间匹配 140

本章小结 141

参考文献 142

第7章 护理机器人生命体征监护技术 143

7.1 概述 143

7.2 生命体征参数测量原理 144

7.2.1 心电的测量 144

7.2.2 脉搏波的测量 145

7.2.3 血压的测量 147

7.2.4 血氧饱和度的测量 151

7.2.5 其他监护参数的测量 154

7.3 生命体征监护系统设计 155

7.3.1 信号检测 156

7.3.2 信号模拟处理 157

7.3.3 信号数字处理 159

7.4 生命体征监护系统实例 159

7.4.1 连续血压监护系统原理框图 160

7.4.2 连续血压监护系统硬件设计 160

7.4.3 连续血压监护系统软件设计 162

本章小结 166

参考文献 166

第8章 护理机器人控制技术 167

8.1 概述 167

8.2 护理机器人控制方式与策略 168

8.3 护理机器人位置控制 172

8.3.1 单关节位置控制 172

8.3.2 多关节位置控制 177

8.4 护理机器人的速度和加速度控制 177

8.5 力（力矩）控制 178

8.5.1 机器人的柔顺 178

8.5.2 柔顺控制的种类 179

8.6 温度控制 180

8.7 智能控制 181

8.7.1 模糊控制 181

8.7.2 专家系统与专家控制系统 182

8.7.3 神经网络控制系统 185

本章小结 186

参考文献 186

第9章 护理机器人可靠性与安全性设计 186

9.1 护理机器人可靠性预计与可靠性分配 187

9.1.1 可靠性预计 187

9.1.2 可靠性分配 190

9.1.3 护理机器人失效分析 191

9.2 故障树分析 197

9.2.1 故障事件因果关系分析的演绎方法与归纳方法 197

9.2.2 故障树分析法的特点与应用 197

9.2.3 故障树分析法的步骤 198

9.2.4 故障树名词术语和符号 198

9.2.5 建立故障树的原则 200

9.2.6 故障树结构函数 200

9.2.7 故障树分析 202

9.3 护理机器人安全性 208

9.3.1 安全性概述 208

9.3.2 安全性评价 209

9.3.3 安全性设计 214

9.3.4 安全性实现 217

9.3.5 护理机器人的安全使用 222

本章小结 222

参考文献 223

第10章 护理机器人人机工程学设计 224

10.1 老年人生理特征的变化及其影响 224

10.2 人机工程学在护理机器人设计中的作用 225

10.3 护理机器人人机工程通用设计法则 226

10.3.1 安全设计原则 226

10.3.2 简易操作原则 227

10.3.3 舒适性设计原则 227

10.4 适应老年人的护理机器人人机工程设计流程 228

10.4.1 确定护理机器人的工作流程 228

10.4.2 确定护理机器人的作业空间 229

10.4.3 确定护理机器人的人机尺寸 229

10.4.4 护理机器人的外观内饰设计 230

10.4.5 护理机器人的安置环境设计 232

10.4.6 护理机器人样机设计分析 233

本章小结 239

参考文献 239

第11章 应用实例 240

11.1 卫生护理机器人 240

11.2 辅助站立机器人 243

11.3 导盲机器人 245

11.4 智能轮椅 247

本章小结 249

参考文献 249