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第1章 绪论1

1.1仿人型假手的发展历程1

1.2仿人型假手的代表性成果3

1.3仿人型假手的驱动8

1.4仿人型假手的感知10

1.5仿人型假手的生机交互13

1.5.1神经控制14

1.5.2感知反馈22

1.5.3小结25

知识拓展26

本章小结27

参考文献28

第2章 人手解剖学及其功能40

2.1人手的运动功能40

2.1.1人手骨骼的结构40

2.1.2人手运动的特点40

2.1.3人手的自由度42

2.1.4人手骨关节功能解剖学43

2.2人手功能性肌肉分布45

2.2.1拇指功能性肌肉46

2.2.2其余4指功能性肌肉47

2.2.3前臂功能性肌肉49

2.3人手的感知功能50

2.4人手的神经控制及感知反馈回路51

2.4.1肌肉的神经支配51

2.4.2人手皮肤感觉神经分布51

2.4.3人手感知反馈回路52

2.5人手的基本抓取及运动模式53

知识拓展57

本章小结58

参考文献58

第3章 仿人型假手的驱动和机构62

3.1欠驱动和耦合驱动62

3.2 HITAPH Ⅲ的欠驱动机构63

3.2.1假手的总体结构63

3.2.2假手4指机构设计64

3.2.3拇指机构设计66

3.2.4欠驱动假手的运动学分析70

3.3 HITAPH Ⅳ的耦合驱动机构77

3.3.1假手的总体结构77

3.3.2假手4指机构设计79

3.3.3拇指机构设计79

3.3.4耦合假手的静力学及动力学分析82

3.4拟人性及外观设计89

知识拓展91

本章小结92

参考文献92

第4章 仿人型假手的电气系统94

4.1驱动单元的模块化94

4.2感知系统的集成化95

4.2.1位置感知器96

4.2.2力矩感知器97

4.2.3触觉感知器98

4.3控制系统的层次化105

4.3.1运动控制单元106

4.3.2人机交互控制单元110

知识拓展111

本章小结112

参考文献113

第5章 仿人型假手的运动控制114

5.1手指关节位置控制114

5.1.1非线性跟踪微分器115

5.1.2扩张状态观测器117

5.1.3非线性PID控制器120

5.1.4自抗扰控制器121

5.2手指阻抗控制123

5.2.1阻抗控制结构124

5.2.2基于位置的阻抗控制124

5.2.3基于力的阻抗控制125

5.2.4基于自抗扰位置控制器的阻抗控制126

5.3自适应阻抗力跟踪控制127

5.3.1环境接触模型128

5.3.2阻抗力跟踪129

5.3.3广义动量扰动观测器130

5.3.4动力学参数的等效转化131

5.3.5间接自适应参数估计132

5.3.6模糊PD位置控制器133

5.4假手控制实验135

5.4.1轨迹跟踪实验135

5.4.2阻抗控制实验136

5.4.3自适应阻抗力跟踪控制实验137

知识拓展139

本章小结141

参考文献141

第6章 假手生机交互——姿态控制144

6.1手部姿态的规划144

6.1.1正常人手的自由度144

6.1.2人手自由度简化及模式规划144

6.2基于稳态肌电的人手姿态识别146

6.2.1稳态肌电信号的采集147

6.2.2肌电特征提取及分类149

6.3.3姿态模式识别151

6.3基于复合决策的人手动作识别152

6.3.1复合决策规则152

6.3.2阈值控制154

6.4 EMG动态训练范式154

6.4.1复合决策的实验验证155

6.4.2波动式动态训练方法157

6.5假手姿态肌电控制实验159

6.5.1虚拟假手控制实验159

6.5.2嵌入式假手控制实验160

6.5.3截肢患者实验162

知识拓展165

本章小结167

参考文献167

第7章 假手生机交互——抓取控制173

7.1基于肌电的分层控制策略173

7.2信号采集及预处理175

7.2.1力信号的采集及预处理175

7.2.2肌电信号的采集175

7.2.3肌电信号的融合177

7.2.4特征提取及选择178

7.2.5实验设置179

7.3基于肌电的抓取模式识别180

7.4基于肌电的抓取力预测181

7.4.1抓取力预测模型的建立181

7.4.2多变量参数优化182

7.4.3算法的在线实现184

7.4.4抓取力预测结果184

7.5抓取力预测方法的适应性及实用性分析188

7.6基于肌电的多指抓取实验189

7.6.1抓取力分配189

7.6.2骨骼算法计算抓取点191

7.6.3 3指抓取实验及结果192

知识拓展193

本章小结197

参考文献197

第8章 假手生机交互——电刺激反馈200

8.1电刺激感知反馈原理200

8.2电刺激感知反馈通道202

8.2.1电刺激器202

8.2.2电刺激电极205

8.2.3电刺激反馈参数206

8.3肌电控制与电刺激反馈210

8.3.1电刺激反馈干扰的抑制210

8.3.2假手控制双向信息交互213

8.4基于电刺激的假手握力感知反馈实验216

8.5仿生假手交互控制抓取实验217

8.5.1无视觉反馈下的物体抓取实验217

8.5.2易碎物体抓取实验220

知识扩展221

本章小结225

参考文献225

名词索引229