第1篇 人形机器人的发展与基础认知

第1章 人形机器人的发展历史、趋势与应用场景

1.1 人形机器人的发展历程

1.1.1 早期仿人研究到现代机器人

1.1.2 ASIMO等标志性里程碑

1.1.3 特斯拉、Figure、Unitree的商业化推动

1.2 未来趋势与行业需求

1.2.1 具身智能推动的产业变革

1.2.2 劳动力替代、智能制造、家庭服务

1.2.3 大模型加仿人的融合趋势

1.3 人形机器人关键技术体系总览

1.3.1 机械系统

1.3.2 电气与执行器

1.3.3 运动控制与平衡

1.3.4 感知与多模态融合

1.3.5 AI决策与具身智能

1.3.6 系统集成与测试

第2章 人形机器人的总体架构与系统工程

2.1 全身架构与模块化设计理念

2.1.1 躯干、四肢、头部结构

2.1.2 模块化设计与集成化设计

2.1.3 工程约束：成本、重量、可靠性

2.2 系统工程方法论

2.2.1 需求分析与功能分解

2.2.2 接口设计与跨模块协同

2.2.3 并行开发与验证流程

2.3 人形机器人的关键性能指标

2.3.1 步行速度、负载能力

2.3.2 能效

2.3.3 稳定性指标

2.3.4 安全性与交互性指标

第2篇 人形机器人的机械设计基础

第3章 机器人身体结构与人体仿生学

3.1 人体生物力学与关节分析

3.1.1 关节自由度与运动范围

3.1.2 扭矩需求与力臂分析

3.1.3 质量分布与人体动态平衡

3.2 人形机器人躯干系统

3.2.1 躯干结构方案

3.2.2 背部驱动与腹部驱动

3.2.3 结构刚度与抗扭要求

3.3 四肢结构设计原则

3.3.1 手臂结构：肩、肘、腕的解耦设计

3.3.2 腿部结构：髋、膝、踝的驱动形式

3.3.3 轻量化与力传递路线

第4章 机械传动系统与关节设计

4.1 关节驱动方式对比

4.1.1 伺服电机和减速器方案

4.1.2 直驱电机（DD）

4.1.3 柔性驱动（Series Elastic Actuator）

4.2 减速器与传动机构

4.2.1 谐波减速器

4.2.2 行星减速器

4.2.3 蜗轮蜗杆、滚珠丝杠与其他方案

4.3 关节结构工程设计

4.3.1 同轴设计与空间布局

4.3.2 传感器集成（编码器/力矩）

4.3.3 散热、耐久性与维护性

第5章 骨架、外壳与轻量化设计

5.1 材料选择

5.1.1 铝合金

5.1.2 碳纤维

5.1.3 高分子材料

5.2 结构优化与有限元分析

5.2.1 刚度设计

5.2.2 拓扑优化

5.2.3 抗冲击与跌落设计

5.2.4 壁撑式多模融合人形机器人跌落缓冲动态控制技术

5.3 外壳设计与人机交互安全

5.3.1 圆角与缓冲设计

5.3.2 负载交互安全

5.3.3 防水防尘设计

第6章 手部、足部与末端执行器设计

6.1 仿生手设计

6.1.1 人类手指结构分析

6.1.2 抓取类型

6.1.3 多关节耦合与独立驱动

6.2 足部结构

6.2.1 足底传感器

6.2.2 足踝柔性设计

6.2.3 稳定与平衡的结构考虑

6.3 外部工具与可更换末端执行器

6.3.1 工业工具端

6.3.2 服务型末端

6.3.3 自适应末端设计

第3篇 电气系统与动力系统设计

第7章 电机与执行器系统

7.1 电机基础

7.1.1 无刷电机原理

7.1.2 扭矩/转速曲线

7.1.3 选型方法

7.2 执行器封装与一体化设计

7.2.1 执行器集成思路

7.2.2 轻量化驱动模组

7.2.3 高效能设计

7.2.4 典型集成策略：拟人化高动态集成式低阻抗执行器技术

7.3 驱动器开发与控制接口

7.3.1 电机驱动电路

7.3.2 编码器与反馈

7.3.3 实时通信总线设计

7.3.4 典型策略：33自由度人形机器人的双信道EtherCAT主设备架构

第8章 传感器系统与信息获取

8.1 运动与姿态传感

8.1.1 IMU

8.1.2 关节编码器

8.1.3 力矩传感

8.2 外部环境传感

8.2.1 深度相机

8.2.2 激光雷达

8.2.3 触觉与压力阵列

8.3 多传感器同步与传输

8.3.1 时钟同步

8.3.2 数据带宽与实时性

8.3.3 EMI与信号干扰对策

第9章 电源管理与能源系统

9.1 电池选择与安全

9.1.1 锂电池类型

9.1.2 安全保护电路

9.1.3 热管理

9.2 能耗分析与功率管理

9.2.1 步行能耗估计

9.2.2 高峰功耗控制

9.2.3 电源分配架构

9.2.4 基于分布式神经网络架构的人形机器人算力分配

9.3 充电与扩展能源方案

9.3.1 快速充电系统

9.3.2 自动换电

9.3.3 基于单开关逆变器的多电压级无线充电系统

第10章 模块集成与总装流程

10.1 模块化拆分与装配策略

10.1.1 机械模块

10.1.2 电气模块

10.1.3 软件模块接口

10.2 装配流程与工具链

10.2.1 关节安装流程

10.2.2 线束排布

10.2.3 装配工装与夹具

10.3 接线、布线与抗干扰设计

10.3.1 电源线与信号线隔离

10.3.2 接口标准化

10.3.3 防松、防震与保护

第4篇综合实践

第11章 完整人形机器人的设计与实现案例（硬件设计、驱动接口和运动控制）

11.1 背景介绍

11.2 项目介绍

11.3 硬件设计

11.3.1 整体设计

11.3.3 底层驱动

11.3.4 整体关节

11.3.5 灵巧手设计

11.3.6 头部感知系统组件设计

11.3.7 腰部组件设计

11.3.8 胸腔系统组件设计

11.3.9 腿足系统组件设计

11.3.10 腿足系统组件设计

11.3.11 全景相机

11.4 硬件驱动接口

11.4.1 驱动软件开发工具包

11.4.2 工业级实时通信

11.4.3 机器人通信协议

11.5 运动控制算法

11.5.1 机器人的站立与行走

11.5.2 机器人跳跃

11.5.3 盲踩障碍物