了得網醫學_護理機器人

內容簡介

本書主要闡述護理機器人技術及其應用。全書共11章，第1章簡要介紹了護理機器人的基本概念；第2章介紹了護理機器人機械繫統設計；第3章介紹了機器人的運動學與動力學；第4章介紹了護理機器人傳感器技術；第5章介紹了護理機器人視覺；第6章介紹了護理機器人語音識別技術；第7章介紹了護理機器人生命體征監護技術；第8章介紹了護理機器人控制技術；第9章介紹了護理機器人的可靠性與安全性設計；第10章介紹了護理機器人的人機工程學設計；第11章簡要介紹了護理機器人的應用實例。

本書可供從事護理機器人有關工作的工程技術人員參考，也可供高校師生教學參考用書。

作者簡介

主要從理論及計算生物力學、醫療產品數字化設計、復雜繫統的仿真及優化解耦等方面的研究。先後主持參加了國家科技部中日合作項目“若干典型應用繫統的優化控制關鍵技術及平臺裝置（2011DFA10440）”、國家高技術研究發展計劃（863計劃）“個人衛生護理機器人（2008AA040208）”、河南省科技攻關“外置電場低頻超聲加速經皮給藥繫統的研制”。

第1章緒論
1.1 護理機器人的基本概念
1.1.1 護理機器人的定義
1.1.2 護理機器人的分類
1.2 護理機器人的特點及基本結構
1.2.1 護理機器人的特點
1.2.2 護理機器人的基本結構
1.3 護理機器人的發展歷程及其發展趨勢
1.3.1 國外護理機器人的發展狀況
1.3.2 國內護理機器人的發展狀況
1.3.3 護理機器人的發展趨勢
1.4 護理機器人的關鍵技術
本章小結
參考文獻第1章緒論

1.1 護理機器人的基本概念

    1.1.1 護理機器人的定義

    1.1.2 護理機器人的分類

1.2 護理機器人的特點及基本結構

    1.2.1 護理機器人的特點

    1.2.2 護理機器人的基本結構

1.3 護理機器人的發展歷程及其發展趨勢

    1.3.1 國外護理機器人的發展狀況

    1.3.2 國內護理機器人的發展狀況

    1.3.3 護理機器人的發展趨勢

1.4 護理機器人的關鍵技術

本章小結

參考文獻

第2章護理機器人機械繫統設計

2.1 概述

2.2 結構設計

    2.2.1 繫統分析

    2.2.2 運動參數的確定

    2.2.3 護理機器人結構設計實例

2.3

    2.3.1 驅動方式

    2.3.2 步進電動機驅動繫統

    2.3.3 伺服電動機驅動繫統

2.4

    2.4.1 行星齒輪減速器

    2.4.2 諧波減速器

    2.4.3 RV減速器

2.5 傳動機構

    2.5.1 直線傳動機構

    2.5.2 旋轉傳動機構

2.6 機械本體

    2.6.1 機身設計

    2.6.2 行走機構設計

本章小結

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第3章機器人的運動學與動力學

3.1 概述

3.2 機器人運動學

    3.2.1 剛體在空間中的位姿描述

    3.2.2 齊次坐標變換

    3.2.3 變換方程

3.3 機器人逆運動學

3.4 機器人動力學

    3.4.1 機器人的速度雅可比矩陣

    3.4.2 機器人的力雅可比矩陣

    3.4.3 機器人的動力學分析

3.5 機器人動力學建模與仿真

    3.5.1 機器人動力學建模

    3.5.2 機器人動力學仿真

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第4章護理機器人傳感器技術

4.1 概述

    4.1.1 特點與分類

    4.1.2 發展趨勢

4.2 內部傳感器

    4.2.1 位移傳感器

    4.2.2 速度和加速度傳感器

4.3 外部傳感器

    4.3.1 觸覺傳感器

    4.3.2 應力傳感器

    4.3.3 接近度傳感器

    4.3.4 其他傳感器

4.4 護理機器人多傳感器信息融合

    4.4.1 概述

    4.4.2 多傳感器信息融合技術基礎

    4.4.3 多傳感器信息融合實例

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第5章護理機器人視覺

5.1 概述

5.2 坐標繫與三維變換

    5.2.1 坐標繫

    5.2.2 三維變換

5.3 攝像機視覺模型

    5.3.1 單目視覺模型

    5.3.2 雙目視覺模型

5.4 攝像機標定技術

    5.4.1 攝像機畸變模型

    5.4.2 攝像機標定算法

5.5 攝像機視覺圖像處理技術

    5.5.1 圖像分割與輪廓提取

    5.5.2 表示與描繪

    5.5.3 目標識別

    5.5.4 神經網絡

    5.5.5 比例估計

5.6 幾何測量

    5.6.1 單目測量距離

    5.6.2 單目測量角度

    5.6.3 雙目測量距離

5.7 洗浴機器人洗頭裝置定位實例

    5.7.1 繫統結構與定位原理

    5.7.2 攝像機選擇與標定

    5.7.3 頭頂輪廓提取與偏移量計算

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第6章護理機器人語音識別技術

6.1 概述

    6.1.1 語音識別的基本原理

    6.1.2 語音識別的方法

6.2 語音信號的預處理

    6.2.1 語音采樣與量化

    6.2.2 使用MATLAB處理語音信號

    6.2.3 去除噪聲

6.3 語音信號的分析與處理

    6.3.1 語音信號的時域處理

    6.3.2 語音信號的頻域處理

    6.3.3 端點檢測

6.4 隱馬爾可夫基本原理及其在語音識別中的應用

    6.4.1 隱馬爾可夫模型

    6.4.2 HMM在語音識別中的應用

6.5 語音識別芯片

    6.5.1 UniLite芯片的結構和參考設計

    6.5.2 基於UniLite芯片的嵌入式語音識別技術

    6.5.3 典型應用舉例

6.6 語音情感識別技術

6.7 漢語語音與口型匹配技術

    6.7.1 漢語語音與口型匹配的基本機理

    6.7.2 漢語語音口型的幾何匹配

    6.7.3 漢語語音與口型的時間匹配

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第7章護理機器人的生命體征監護技術

7.1 概述

7.2 生命體征參數測量原理

    7.2.1 心電的測量

    7.2.2 脈搏波的測量

    7.2.3 血壓的測量

    7.2.4 血氧飽和度的測量

    7.2.5 其他監護參數的測量

7.3 生命體征監護繫統設計

    7.3.1 信號檢測

    7.3.2 信號模擬處理

    7.3.3 信號數字處理

7.4 生命體征監護繫統實例

    7.4.1 連續血壓監護繫統原理框圖

    7.4.2 連續血壓監護繫統硬件設計

    7.4.3 連續血壓監護繫統軟件設計

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第8章護理機器人控制技術

8.1 概述

8.2 護理機器人控制方式與策略

8.3 護理機器人位置控制

    8.3.1 單關節位置控制

    8.3.2 多關節位置控制

8.4 護理機器人的速度和加速度控制

8.5 力（力矩）控制

    8.5.1 機器人的柔順

    8.5.2 柔順控制的種類

8.6 溫度控制

8.7 智能控制

    8.7.1 模糊控制

    8.7.2 專家繫統與專家控制繫統

    8.7.3 神經網絡控制繫統

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第9章護理機器人可靠性與安全性設計

9.1 護理機器人可靠性預計與可靠性分配

    9.1.1 可靠性預計

    9.1.2 可靠性分配

    9.1.3 護理機器人失效分析

9.2 故障樹分析

    9.2.1 故障事件因果關繫分析的演繹方法與歸納方法

    9.2.2 故障樹分析法的特點與應用

    9.2.3 故障樹分析法的步驟

    9.2.4 故障樹名詞術語和符號

    9.2.5 建立故障樹的原則

    9.2.6 故障樹結構函數

    9.2.7 故障樹分析

9.3 護理機器人安全性

    9.3.1 安全性概述

    9.3.2 安全性評價

    9.3.3 安全性設計

    9.3.4 安全性實現

    9.3.5 護理機器人的安全使用

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第10章護理機器人的人機工程學設計

10.1 老年人生理特征的變化及其影響

10.2 人機工程學在護理機器人設計中的作用

    10.3 護理機器人人機工程通用設計法則

    10.3.1 安全設計原則

    10.3.2 簡易操作原則

    10.3.3 舒適性設計原則

10.4 適應老年人的護理機器人人機工程設計流程

    10.4.1 確定護理機器人的工作流程

    10.4.2 確定護理機器人的作業空間

    10.4.3 確定護理機器人的人機尺寸

    10.4.4 護理機器人的外觀內飾設計

    10.4.5 護理機器人的安置環境設計

    10.4.6 護理機器人樣機設計分析

本章小結

參考文獻

第11章應用實例

11.1 衛生護理機器人

11.2 輔助站立機器人

11.3 導盲機器人

11.4 智能輪椅

本章小結

參考文獻

前言

前言
隨著人們生活水平不斷提高以及醫療公共衛生事業快速發展，世界上許多國家已經步入老齡化社會。高齡老年人的自我照料能力差，護理費用高、勞動強度大，護理條件急需改善。為此，國內外許多學者專家針對這些問題進行了大量的研究，也提供了許多性能可靠、價格低廉的自動化護理設備，改善了老年人的生活質量，體現了對老年群體的關懷。關愛老年群體，提高生命質量，實現健康老齡化，為老年人提供更加安全舒適的產品和服務，已成為衡量社會進步和科技發展水平的重要標志。
護理機器人作為一個全新的課題，涉及計算機技術、電子技術、自動控制技術、機械工程、人機工程學和人工智能等多個學科領域，旨在緩解老齡化社會帶來的巨大壓力，將人們從繁重的護理勞動中解脫出來，改善護理條件，提高老年人的生活質量，促進人類社會和諧發展。目前，世界上許多國家的科學家、企業和科研院所，如美國的Endorphin公司、瑞士的Hocoma公司、意大利的ChineSport公司和斯洛文尼亞的盧布爾雅那大學等，對於護理機器人的研究產生了極大的熱情，政府部門也紛紛制定和實施相應的發展戰略。我國也將護理機器人列為優先支持和鼓勵的研究領域，浙江大學、哈爾濱工業大學以及河南科技大學等許多單位都在進行護理機器人的研究、開發和應用工作。前言

隨著人們生活水平不斷提高以及醫療公共衛生事業快速發展，世界上許多國家已經步入老齡化社會。高齡老年人的自我照料能力差，護理費用高、勞動強度大，護理條件急需改善。為此，國內外許多學者專家針對這些問題進行了大量的研究，也提供了許多性能可靠、價格低廉的自動化護理設備，改善了老年人的生活質量，體現了對老年群體的關懷。關愛老年群體，提高生命質量，實現健康老齡化，為老年人提供更加安全舒適的產品和服務，已成為衡量社會進步和科技發展水平的重要標志。

護理機器人作為一個全新的課題，涉及計算機技術、電子技術、自動控制技術、機械工程、人機工程學和人工智能等多個學科領域，旨在緩解老齡化社會帶來的巨大壓力，將人們從繁重的護理勞動中解脫出來，改善護理條件，提高老年人的生活質量，促進人類社會和諧發展。目前，世界上許多國家的科學家、企業和科研院所，如美國的Endorphin公司、瑞士的Hocoma公司、意大利的ChineSport公司和斯洛文尼亞的盧布爾雅那大學等，對於護理機器人的研究產生了極大的熱情，政府部門也紛紛制定和實施相應的發展戰略。我國也將護理機器人列為優先支持和鼓勵的研究領域，浙江大學、哈爾濱工業大學以及河南科技大學等許多單位都在進行護理機器人的研究、開發和應用工作。

本書將利用自身研究經歷，結合和借鋻國內外優秀研究成果，對護理機器人的基本概念和基本理論，以及對機器人技術所涵蓋的各個知識領域，包括機械繫統、動力學和運動學、傳感技術、視覺技術、語音識別技術、生命體征監護技術、控制技術、可靠性與安全性設計、人機工程學設計及護理機器人的典型應用等內容做了深入的闡述。

本書由河南科技大學胡志剛教授擔任籌劃並負責全書統稿工作，由河南科技大學張曉蘭、杜喆、何琳、付東遼、李振偉、李華傑和王偉等老師等參與撰寫。其中，第1章由胡志剛撰寫；第2、4章由杜喆撰寫；第3、6章由何琳撰寫；第5章由李振偉撰寫；第7、8章由張曉蘭撰寫；第9章由李華傑撰寫；第10章由王偉撰寫；第11章由付東遼撰寫。

此外，本書在編寫過程中，河南科技大學提供了良好的科研和工作條件，在此向參與和支持本書出版的教師及河南科技大學的領導致以衷心的感謝。

感謝國家國際科技合作項目“個人衛生護理機器人關鍵技術研究”（項目編號：2011DFA10440-3）的支持和資助。

本書編寫過程中參閱了同行專家學者和一些科研院所的教材、資料和文獻，在此向文獻作者致以誠摯感謝。由於編者水平有限，書中難免存在不當之處和謬誤，敬請各位專家及廣大讀者給予批評指正。

編著者

2015年1月

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