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第一部分 人类肌肉骨骼系统的建模及应用，人类运动的计算分析、建模及应用2

第1章 在机器人手掌中为提升操作性而实现的类人关节刚性2

1.1 引言2

1.2 关节刚性的建模2

1.2.1 方法2

1.2.2 实验结果7

1.2.3 关节刚性建模的总结12

1.2.4 对具有并行柔性的机器人关节的分析13

1.2.5 时间延迟作用13

1.2.6 加入并行柔性的作用14

1.2.7 系统并行柔性的设计指南16

1.3 被动关节刚性的多指操纵16

1.3.1 系统模型16

1.3.2 抓握稳定性分析17

1.3.3 操作控制器的设计17

1.3.4 实验与结果18

1.4 讨论21

参考文献22

第2章 人类下肢肌肉骨骼的计算分析综述24

2.1 引言24

2.2 人类行走的步态周期25

2.3 正常人类行走的生物力学27

2.4 人类行走的量化模型27

2.4.1 人类行走的运动学28

2.4.2 人类行走的动力学29

2.5 肌肉骨骼与铰接系统交互的计算分析37

2.6 结论40

参考文献41

第3章 肌电控制的人-机器人接口：一种混合运动和任务的建模方法47

3.1 引言47

3.2 EMG动作分类48

3.2.1 EMG采集与分析48

3.2.2 动作分类51

3.3 人类接口的任务建模53

3.3.1 人类任务建模53

3.3.2 结合肌电建模与任务建模55

3.4 使用任务建模的肌电控制人-机器人接口56

3.4.1 系统描述56

3.4.2 动作分类实验58

3.4.3 机器人操作实验60

3.5 讨论与总结62

3.5.1 分类准确率的增加62

3.5.2 BN任务模型对分类结果的影响63

参考文献64

第4章 基于家庭的姿势平衡康复的个性化建模68

4.1 引言68

4.2 基于家庭的姿势平衡康复68

4.3 身体肢体的参数70

4.4 人类受试者的质心位置估计70

4.5 方法72

4.5.1 SESC计算72

4.5.2 使用卡尔曼滤波器的SESC参数识别和视觉反馈73

4.5.3 角动量的零速率74

4.5.4 实验75

4.6 实验结果76

4.6.1 高成本传感器对比便携式传感器76

4.6.2 收敛-骨架着色反馈与无视觉反馈78

4.6.3 使用新运动集进行交叉验证78

4.6.4 姿势稳定指数80

4.7 讨论81

4.8 结论81

参考文献81

第5章 步态恢复的混合神经假体的建模和动态优化85

5.1 引言85

5.2 动态模型86

5.2.1 初始双重支撑阶段86

5.2.2 单一支撑阶段87

5.2.3 冲击和最终双重支撑阶段89

5.3 动态优化90

5.4 仿真与结果91

5.4.1 在对抗肌肉副之间切换91

5.4.2 对抗肌肉副的共激活作用91

5.4.3 混合关节致动器91

5.4.4 模拟结果92

5.5 结论与未来的工作94

附录95

参考文献96

第6章 身体运动感测的柔性可穿戴机器人技术98

6.1 身体运动感测98

6.2 嵌入导电液的柔性人造皮肤101

6.3 应变敏感的导电聚合物106

6.4 用于运动感测的光纤可穿戴传感器110

6.5 结论与未来的发展112

参考文献112

第二部分 人类认知和肌肉技能的建模及应用118

第7章 辅助和康复机器人的非侵入性脑机接口技术综述118

7.1 引言118

7.2 脑机接口118

7.2.1 脑电图118

7.2.2 大脑活动的类型119

7.2.3 BMI的类别119

7.2.4 伪迹信号119

7.2.5 基于感觉运动节律的BMI120

7.2.6 性能评估123

7.3 辅助机器人的BMI123

7.3.1 共享控制123

7.3.2 BMI与非穿戴式机器人124

7.3.3 BMI与可穿戴式机器人124

7.4 康复机器人的BMI127

7.4.1 上肢运动恢复127

7.4.2 下肢与步态恢复128

7.5 结论129

致谢130

参考文献130

第8章 辅助机器人中人-机器人协作的意图推理139

8.1 背景技术139

8.2 研究挑战和解决方法141

8.2.1 系统建模141

8.2.2 意图推理142

8.2.3 在线模型学习146

8.3 应用147

8.3.1 人-机器人协作148

8.3.2 辅助机器人150

8.4 讨论153

8.5 结论153

附录153

参考文献157

第9章 生物力学的HRI建模和外骨骼辅助应用的机电一体化设计160

9.1 引言160

9.2 外骨骼设计的挑战161

9.2.1 人-外骨骼系统的生物力学建模161

9.2.2 运动结构162

9.2.3 致动器162

9.2.4 感测163

9.3 生物力学建模163

9.4 HRI模型的开发164

9.5 设计实例165

9.5.1 实例一：用于重力补偿的弹簧加载的外骨骼165

9.5.2 实例二：2自由度主动辅助外骨骼168

9.6 结论171

致谢172

参考文献172

第10章 辅助机器人的人类心理建模174

10.1 引言174

10.2 人类特征的维度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 构建HRI的行为模型178

10.4 经济决策模型179

10.4.1 神经经济学181

10.4.2 认知架构183

10.5 心理推理模型183

10.5.1 心理特征的检测和建模184

10.5.2 利用情景185

10.6 结论185

参考文献185

第11章 机器人合作伙伴的自适应人-机器人身体交互190

11.1 引言190

11.2 触觉稳定性191

11.3 人工操作者建模191

11.3.1 人类手臂的刚性191

11.3.2 肌肉骨骼建模192

11.4 触觉的辅助控制193

11.4.1 阻抗屏蔽方法193

11.4.2 线性二次高斯控制194

11.4.3 具有随机变量参数的系统控制196

11.5 系统集成196

11.5.1 人类手臂刚性估计197

11.5.2 刚性分类198

11.6 系统验证与实验评估200

11.6.1 触觉装置200

11.6.2 稳定性分析201

11.6.3 刚性的分布201

11.6.4 系统验证：与刚性表面接触202

11.6.5 验证实验：与刚性表面接触203

11.6.6 阈值分类性能与HMM分类性能203

11.6.7 阈值分类性能与SVM分类性能205

11.7 局限与解决方法207

11.8 结论208

附录209

致谢209

参考文献210