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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