人形机器人原理与实践 / 工业人工智能前沿技术与创新应用丛书
定价：￥69.00
作者： 张智军等
出版时间：2026-01-19
出版社：机械工业出版社
“十四五”国家重点出版物出版规划项目
- 机械工业出版社
- 9787111792161
- 1-2
- 2026-01-19
- 301
内容简介
本书系统梳理了人形机器人的核心理论与技术应用，全书共10章，涵盖从基础理论到技术应用的完整知识体系。第1章和第2章阐述了人形机器人的发展背景、数学基础、驱动方式和传感器分类，为人形机器人的运动学和控制奠定了基础。第3~5章讲述了情感交互核心技术，聚焦情感特征提取与处理、情感计算模型和多模态情感表达技术。第6~10章讲述了人形机器人工程实践，详细阐述了硬件系统设计、操作系统、人机交互设计及运动规划，结合医疗护理机器人等案例展现人形机器人技术落地场景。
本书既包含数学推导与算法细节，又通过实际案例与图表解析复杂概念，兼顾理论深度与实践指导性，内容由浅入深、通俗易懂、实用性强，适合机器人学、人工智能、计算机科学等领域的研究者、工程师及高年级本科生与研究生阅读。
本书既包含数学推导与算法细节，又通过实际案例与图表解析复杂概念，兼顾理论深度与实践指导性，内容由浅入深、通俗易懂、实用性强，适合机器人学、人工智能、计算机科学等领域的研究者、工程师及高年级本科生与研究生阅读。
目录
前言
第1章绪论
11背景与意义
12发展历史
121国外人形机器人发展历史
122国内人形机器人发展历史
13人形机器人行业的技术挑战
14基础知识
141人形机器人的基本构成
142人形机器人的基本工作原理
143人形机器人的主要用途
15本章小结
第2章人形机器人基础
21数学基础
211空间向量运算
212姿态与位置描述
213旋转矩阵与姿态角
214齐次坐标变换
215位姿变换
22驱动方式
221液压驱动
222气压驱动
223电驱动
23传感器分类
231速度传感器
232测距传感器
233视觉传感器
24本章小结
第3章情感特征提取与处理
31语音情感特征提取方法
311Mel频率倒谱系数
312线性预测系数
313线性预测倒谱系数
314线谱频率
315离散小波变换
316感知线性预测
32面部表情情感特征提取
321基于几何特征的方法
322基于模板匹配的方法
323基于特征脸的方法
324基于弹性图匹配的方法
325基于小波分析的特征提取方法
326基于多种特征融合的方法
33生理信号情感特征提取
34情感特征抽取
341主成分分析法
342线性判别分析法
343多维尺度分析法
344等距映射法
35情感特征选择
36本章小结
第4章情感计算基础
41情感计算的基本概念
42情感计算的理论基础
43情感建模
431离散情感模型
432维度情感模型
433OCC情感模型
434其他情感模型
44情感计算数据集
441文本数据集
442语音/音频数据集
443视觉数据集
444生理数据集
445多模态数据集
45多模态情感分析
451多个物理模态融合
452多种生理模态融合的情感分析
453物理-生理模态融合的情感分析
46影像因素分析
461不同信号对单一情感识别的影响
462模态组合及融合策略对多模态情感分析的影响
463基于ML和基于DL的模型对情感计算的影响
464一些潜在因素对情感计算的影响
47情感计算面临的挑战
48本章小结
第5章情感表达基础
51情感生成与表达
511情感语音合成
512面部表情合成
513肢体语言情感的合成与表达
52其他情感表达方式
53多模态情感表达
531表达方式
532关键技术
533应用场景
54模糊氛围场建模
541模糊氛围场的概念与基础
542人机交互模糊氛围场建模技术的方法与步骤
55基于模糊层次分析法的氛围场模型
551模糊层次分析法的基本原理与特点
552基于模糊层次分析法的氛围场模型构建
553基于模糊层次分析法的氛围场模型应用案例
56本章小结
第6章人形机器人硬件系统
61机器人硬件设计方案制定与设计流程
611机器人的运动关节特点
612整机构型的构建流程
62机器人动力源、驱动元件介绍与选择
621机器人常用动力源
622减速器选择
623伺服驱动器类型
63机器人转动机构
631转动机构的设计原理
632转动机构的分类
633转动机构的控制系统
634转动机构的应用实例
635转动机构的挑战与发展趋势
64机器人升降机构
641升降机构的设计原理
642升降机构的分类体系
643性能对比与选型指南
644升降机构的前沿技术发展
65本章小结
第7章人形机器人操作系统
71嵌入式系统
711处理器技术
712IC技术
713设计/验证技术
72嵌入式系统的开发环境
73控制系统的组成
74硬件驱动系统
75底层电路设计
751硬件架构设计
752典型案例分析
753设计挑战与未来趋势
76硬件驱动系统搭建
761硬件驱动系统的核心组件
762驱动系统搭建流程
763关键技术挑战与未来趋势
77操作系统
771ROS简介
772ROS框架
78应用案例
781医疗护士助理机器人整体情况
782即时定位与地图构建
783自主导航与实时避障
784药物运送与存取测试
79本章小结
第8章人机交互系统
81人机交互方式
811语音交互
812动作交互
813脑机交互
82设计进程
821阶段1：结构设计
822阶段2：交互设计
823阶段3：视觉设计
83设计框架
831以用户为中心的设计
832参与式设计
833敏捷交互设计
84设计方法
841思维能力和创造力
842调查、访谈和讨论组
843人种学研究
844场景开发与脚本
845原型法
85设计工具、实践和模式
851设计工具
852实践方法
853设计模式
86设计指南和标准
87本章小结
第9章人形机器人机械结构设计
91人体结构特点
92人形机器人自由度设计
93关节电机选型
94人形机器人头部设计方案
941眉骨设计
942眼睛设计
943嘴巴设计
944脖子设计
95人形机器人双臂设计
96人形机器人其他部分设计
961身体及腿部设计
962外壳设计
963皮肤设计
97人形机器人加工及组装
98本章小结
第10章人形机器人控制系统设计及运动规划
101人形机器人控制系统设计
1011硬件驱动系统设计
1012操作系统设计
102交互系统设计
103人形机器人实物展示
104机器人运动学基础
105双冗余度机械臂运动规划
1051双冗余度机械臂运动规划方案建立
1052神经网络求解器
1053仿真与实验分析
106本章小结
参考文献
第1章绪论
11背景与意义
12发展历史
121国外人形机器人发展历史
122国内人形机器人发展历史
13人形机器人行业的技术挑战
14基础知识
141人形机器人的基本构成
142人形机器人的基本工作原理
143人形机器人的主要用途
15本章小结
第2章人形机器人基础
21数学基础
211空间向量运算
212姿态与位置描述
213旋转矩阵与姿态角
214齐次坐标变换
215位姿变换
22驱动方式
221液压驱动
222气压驱动
223电驱动
23传感器分类
231速度传感器
232测距传感器
233视觉传感器
24本章小结
第3章情感特征提取与处理
31语音情感特征提取方法
311Mel频率倒谱系数
312线性预测系数
313线性预测倒谱系数
314线谱频率
315离散小波变换
316感知线性预测
32面部表情情感特征提取
321基于几何特征的方法
322基于模板匹配的方法
323基于特征脸的方法
324基于弹性图匹配的方法
325基于小波分析的特征提取方法
326基于多种特征融合的方法
33生理信号情感特征提取
34情感特征抽取
341主成分分析法
342线性判别分析法
343多维尺度分析法
344等距映射法
35情感特征选择
36本章小结
第4章情感计算基础
41情感计算的基本概念
42情感计算的理论基础
43情感建模
431离散情感模型
432维度情感模型
433OCC情感模型
434其他情感模型
44情感计算数据集
441文本数据集
442语音/音频数据集
443视觉数据集
444生理数据集
445多模态数据集
45多模态情感分析
451多个物理模态融合
452多种生理模态融合的情感分析
453物理-生理模态融合的情感分析
46影像因素分析
461不同信号对单一情感识别的影响
462模态组合及融合策略对多模态情感分析的影响
463基于ML和基于DL的模型对情感计算的影响
464一些潜在因素对情感计算的影响
47情感计算面临的挑战
48本章小结
第5章情感表达基础
51情感生成与表达
511情感语音合成
512面部表情合成
513肢体语言情感的合成与表达
52其他情感表达方式
53多模态情感表达
531表达方式
532关键技术
533应用场景
54模糊氛围场建模
541模糊氛围场的概念与基础
542人机交互模糊氛围场建模技术的方法与步骤
55基于模糊层次分析法的氛围场模型
551模糊层次分析法的基本原理与特点
552基于模糊层次分析法的氛围场模型构建
553基于模糊层次分析法的氛围场模型应用案例
56本章小结
第6章人形机器人硬件系统
61机器人硬件设计方案制定与设计流程
611机器人的运动关节特点
612整机构型的构建流程
62机器人动力源、驱动元件介绍与选择
621机器人常用动力源
622减速器选择
623伺服驱动器类型
63机器人转动机构
631转动机构的设计原理
632转动机构的分类
633转动机构的控制系统
634转动机构的应用实例
635转动机构的挑战与发展趋势
64机器人升降机构
641升降机构的设计原理
642升降机构的分类体系
643性能对比与选型指南
644升降机构的前沿技术发展
65本章小结
第7章人形机器人操作系统
71嵌入式系统
711处理器技术
712IC技术
713设计/验证技术
72嵌入式系统的开发环境
73控制系统的组成
74硬件驱动系统
75底层电路设计
751硬件架构设计
752典型案例分析
753设计挑战与未来趋势
76硬件驱动系统搭建
761硬件驱动系统的核心组件
762驱动系统搭建流程
763关键技术挑战与未来趋势
77操作系统
771ROS简介
772ROS框架
78应用案例
781医疗护士助理机器人整体情况
782即时定位与地图构建
783自主导航与实时避障
784药物运送与存取测试
79本章小结
第8章人机交互系统
81人机交互方式
811语音交互
812动作交互
813脑机交互
82设计进程
821阶段1：结构设计
822阶段2：交互设计
823阶段3：视觉设计
83设计框架
831以用户为中心的设计
832参与式设计
833敏捷交互设计
84设计方法
841思维能力和创造力
842调查、访谈和讨论组
843人种学研究
844场景开发与脚本
845原型法
85设计工具、实践和模式
851设计工具
852实践方法
853设计模式
86设计指南和标准
87本章小结
第9章人形机器人机械结构设计
91人体结构特点
92人形机器人自由度设计
93关节电机选型
94人形机器人头部设计方案
941眉骨设计
942眼睛设计
943嘴巴设计
944脖子设计
95人形机器人双臂设计
96人形机器人其他部分设计
961身体及腿部设计
962外壳设计
963皮肤设计
97人形机器人加工及组装
98本章小结
第10章人形机器人控制系统设计及运动规划
101人形机器人控制系统设计
1011硬件驱动系统设计
1012操作系统设计
102交互系统设计
103人形机器人实物展示
104机器人运动学基础
105双冗余度机械臂运动规划
1051双冗余度机械臂运动规划方案建立
1052神经网络求解器
1053仿真与实验分析
106本章小结
参考文献
