机器人辅助柔性针穿刺路径的悬臂梁预测模型

路径操控技术是机器人辅助柔性针穿刺的重要技术之一。软组织变形、多层软组织相对滑移和针挠曲是引起靶点位置移动,降低穿刺精度的3个主要原因。该文在研究针受力的基础上,利用柔性针挠曲规律提出了一种预测穿刺路径的悬臂梁模型,通过准静态过程将柔性针分为有限段并将每段都视为一个悬臂梁,从而建立起三维空间中针体路径预测算法。仿真实验表明,该模型能够实现柔性针路径预测功能,为机器人辅助柔性针穿刺路径规划和避障运动提供了理论基础。     

CT导航下的机器人辅助穿刺定位方法

针对机器人辅助穿刺中病灶定位系统价格昂贵、穿刺针全向定位机构结构复杂等问题,分别提出了CT导航下病灶定位方法和穿刺针全向定位方法。基于坐标变换理论,病灶定位方法由3个不共线标记点在CT和机器人坐标系的坐标数据辨识出2个坐标系之间的位置关系,然后由CT下的病灶坐标实现病灶在机器人下的定位。全向定位方法结合病灶的定位结果和机器人运动学,通过软件控制实现穿刺针在调整自身姿态时仍始终指向所定位病灶位置,为病灶穿刺提供安全的进针点和入刺角度。搭建含UR机械臂的6-DOF辅助穿刺系统,并在CT导航下对患者模型进行病灶和穿刺针的定位实验,实验结果表明:病灶定位误差在3 mm以内,与基于5个标记点的最小二乘病灶定位法精度相当,但定位效率提高约40%,其中病灶定位方法计算误差为1.43 mm,证明利用软件代替复杂机构的穿刺针全向定位方法是可行的。本文建立的病灶及穿刺针定位方法有效、准确,可为后续病灶自主定位和穿刺针路径规划提供理论基础。     

机器人辅助脊柱微创手术系统设计与实现

研制了机器人辅助定位系统以解决脊柱微创外科手术中的高精度定位问题.分析建立了机器人的运动学模型,设计了一套以TI公司的DSP芯片TMS320LF2407A为核心的控制系统,介绍了该系统平台的工作原理、硬件设计与软件设计.系统已在实际环境下进行试验,满足设计要求.     

前列腺穿刺活检手术机器人的运动控制

针对传统手工进行前列腺穿刺活检的不足,设计了多自由度穿刺活检手术机器人模型.根据穿刺活检手术对机器人自由度及精度的要求,确定了机器人的位置调整方式和传动结构,并通过Solidworks建模设计机器人的三维模型,建立了机器人的D-H矩阵,运用Matlab中的SimMechanics工具箱实现机器人的工作空间仿真.仿真结果表明穿刺针工作空间范围是可行的.机器人代替传统手工进行前列腺穿刺活检具有精度高、更加灵活的优点,可有效降低医生的手术难度,对提高前列腺癌的阳性活检率有着重要的意义.     

融合远心运动机构与串联机械臂的穿刺手术机器人系统研究

针对现有穿刺手术机器人远程中心运动(RCM)无法兼顾安全性、精准性及空间有效性的问题,提出结合RCM机构和多自由度串联机械臂,研制一款混联式穿刺手术机器人系统。首先,基于双平行四边形机构设计机器人末端RCM执行机构,用于保证穿刺手术过程中远程中心运动的精度与安全性;然后,结合串联机械臂搭建穿刺手术机器人系统以保证较大的工作空间;最后,设计混联式机器人与现有基于主动式RCM约束(ARCMC)的通用串联穿刺手术机器人系统RCM的定位精度对比实验。结果表明,与基于ARCMC的机型相比,所设计穿刺辅助机器人系统的远端中心俯仰运动和翻滚运动位置误差分别降低了52.6%和59.7%,且其工作空间也远高于基于被动式RCM约束(PRCMC)设计的穿刺手术机。由此可以证明所设计的混联式穿刺手术机器人系统在穿刺手术辅助方面的性能更好。     

喷涂机器人轨迹编程技术综述

机器人喷涂在现代智能涂装系统中发挥着重要作用。运动轨迹规划是喷涂机器人的核心功能和喷涂工艺的关键环节。通过研究国内外喷涂机器人运动轨迹规划的应用现状,介绍和对比了人工示教和自主轨迹规划两种轨迹编程技术的工作原理和特点。针对产品个性化生产要求的提高和AI大模型的快速发展,对AI柔性喷涂技术进行了展望,为未来进一步深入研究提供参考。     

遗传算法在机器人路径规划中的研究综述

遗传算法(genetic algorithm, GA)是一种在机器人路径规划中应用最广泛的智能算法。近年来,机器人路径规划问题是各行业实践应用的热点问题。在分析GA优缺点的基础上,对GA在机器人路径规划应用领域进行深入调查,论述了现阶段国内外各领域发展现状,并阐述了现阶段存在的技术难点。最后对GA在机器人路径规划的发展趋势进行了展望。     

基于正向运动学的穿刺针半径拟合模型

为了明确穿刺针在不同组织中的偏转半径,文中使用不同型号的穿刺针对PVA假体组织及动物组织进行穿刺,并使用CCD相机与B超仪对穿刺图像进行采集;对采集到的图像运用半径拟合模型来对偏转半径进行计算,采用运动学模型对拟合出的半径值进行仿真轨迹验证。结果表明:由最小二乘法得到的半径值偏差小于7%,具有较好的稳定性,实验中所得到的针体轨迹与使用半径拟合值得到的仿真轨迹之间的误差均小于10%。本实验建立的半径拟合模型对针体的半径拟合结果具有较高的准确度及实用性。     

神经外科机器人辅助手术系统

同医生操作比较,机器人具有精度高、不会疲劳等优点,结合医学影像、计算机和机器人技术的机器人辅助手术系统是当前国内外的研究热点。介绍了无框架神经外科立体定向术辅助外科手术系统的系统结构,综合分析了系统设计、操作过程中保证操作安全、改善使用性能方面的一些新方法,如基于数字医学图像传输标准的数据获取、结合虚拟现实的手术规划、主被动结合的手术器械支架以及将机器人运动框架模型融合在现场视频用于远程手术等技术,经临床验证有效可行。     

基于改进双向探索A∗算法的医疗巡检机器人路径规划研究

针对传统导航机器人在复杂大型地图中路径搜索时间长、效率低等问题,提出了一种基于医院复杂环境下的导航策略.对移动机器人在路径规划过程中遇到障碍物、接到临时任务指令以及在同一楼层中两个行驶机器人相遇3种情况,分别讨论了较为合理的路径规划方案.在医院复杂场景模拟环境下的导航策略实验结果表明:该方法能够有效减少路径规划时间,提高搜索效率.EAI移动机器人在线的医院场景模拟环境下实验结果表明:相比传统路径规划算法,该方法能够提高探寻最短路径的效率,且在连续障碍环境下仍能寻找到一条安全性更高、用时最短的最优路径.     

辅助性康复机器人的关键技术浅析

本文简述了辅助型康复机器人的发展背景和分类,较详细地分析了涉及的关键技术并探讨了未来的发展趋势。     

基于POMDP模型的机器人导航控制方法

基于部分可观测马尔可夫决策过程(POMDP)模型实现了机器人导航行为控制,给出了一种基于POMDP模型的机器人导航控制方法.该方法考虑动作的不确定性和状态的部分可观测性.首先介绍了POMDP的原理及模型;然后给出了基于POMDP模型进行导航的控制系统、对控制系统的状态空间的表示、动作空间的表示以及对声纳模型进行了比较详细的阐述,讨论了控制模型的求解过程;最后对采用POMDP模型的机器人导航控制进行了仿真实验,并对仿真结果进行了分析.     

穿戴式步行辅助机器人控制方法研究进展

随着中国人口老龄化进程的飞速演变,老年人群体利用机器人技术进行日常步行活动的需求日益增大。穿戴式步行辅助机器人根据用户体能进行主/从运动辅助(据需辅助)的功能特性与人们的生理需求相匹配,对改善机械系统的柔性、亲和力及友好感具有促进作用。针对步行运动的据需辅助问题,以实现主/从柔性辅助为目标,提出并构建一种髋关节中枢模式发生器(CPG)控制和膝关节分级阻抗控制相结合的新型Hybrid控制方法,研究主/从辅助模式决策及柔性转换机制、膝关节分级阻抗控制切换及其稳定性、以及Hybrid控制理论的据需辅助效应,为穿戴式步行辅助机器人技术的研究与发展提供新的思路。     

面向肝癌消融术的多约束最优穿刺路径规划算法

针对经典穿刺路径规划算法在量化路径情况时没有考虑路径周围区域的问题,提出新的约束条件来弥补对路径周围信息量化的不足.基于血管位置信息提出一个严格约束条件(周围区域避开血管),并基于骨骼密度、血管密度和直径信息提出3个软约束条件(骨骼密集度、血管密集度、血管风险度),将周围信息添加到路径的量化中,提高穿刺路径的安全性.为了适应患者的特异性,提出软约束优化度评分算法,根据软约束的优化度设置权重,并将最大优化度对应的穿刺路径作为最优穿刺路径.为了验证算法的有效性,在公开数据集3D-IRCADb上进行实验,结果表明,本文提出的算法可以快速计算出符合临床需求的最优穿刺路径.     

全自主足球机器人系统关键技术综述

介绍了全自主机器人足球比赛的发展概况,针对其中的出了目前存在的主要难题及其解决途径,最后对全自主机器人足球未来的发展方向进行了展望.     

下肢康复机器人按需辅助自适应控制方法

针对现有下肢康复机器人步态康复训练控制缺乏患者的主动参与、不能按患者的康复程度提供按需辅助的问题,提出了一种新的下肢康复机器人按需辅助自适应控制方法。该方法通过人机运动轨迹与理想康复目标轨迹的跟踪偏差实时学习受试者的康复程度,从而使康复机器人能根据受试者的康复程度,自适应地提供按需辅助。首先建立了下肢康复机器人的人机系统动力学模型,其次设计了按需辅助自适应控制器,最后进行了按需辅助控制仿真实验,并在单腿实物样机上对健康受试者进行了实验。结果表明:按需辅助自适应控制器在有遗忘因子项的情况下,能够根据轨迹跟踪偏差学习受试者的康复程度,自适应地衰减机器人对受试者的辅助力矩,满足按需辅助的目的。     

"计算机辅助教学"与"机器人辅助教学"

围绕着提高教学质量、深化教育改革等问题论述了人工智能技术、计算机辅助教学和机器人辅助教学在教育领域中的应用;并探讨了培养学生动手实践能力的有效手段以及教育工作者与科技工作者今后进一步的努力方向.     

智能卸煤机器人关键技术

传统机械卸煤方式易损坏敞车车体,敞车破损严重危害煤炭运输安全,破损敞车维修费用高昂,对比传统卸煤方法优缺点,提出使用卸煤机器人方式进行敞车卸煤。作为一个新兴的研究领域,卸煤机器人在国内外的研究尚处于起步阶段,并没有成熟的技术体系可以借鉴,因此对现有的研究进行系统的分析和总结。提出智能卸煤机器人概念,根据卸煤机器人智能化的需求提出了卸煤机器人所需突破的关键技术问题。详细探讨智能卸煤机器人自动化作业框架,对框架进行模块化处理,分成不同的子系统,对不同子系统进行了定义与阐述分析,强调了自动化作业系统的功能主要依托于关键技术。研究结果表明：今后国内中小型露天场站敞车卸煤将朝着自动化、智能化的方向发展,智能卸煤机器人为国内中小型露天场站智能化、自动化卸煤提供了一个新的思路。     

面向喉部微创手术的经口腔单孔柔性机器人设计

传统喉部微创手术主要是借助于支撑喉镜进行的.而这种方式建立的手术通道狭长,手术视野及手术操作空间受限,存在着视觉盲区及操作盲区.该文针对以上问题,设计了一种新型的经口腔单孔柔性机器人,该柔性机器人可通过弯曲运动改善视觉盲区与手术操作盲区.柔性臂外径为10 mm,最大弯曲角度可达225°,并且实现了双段弯曲.柔性臂内部集成了医用内窥镜,并预留了2个器械通道,可满足复杂手术需求.该研究还进行了喉部微创手术模型实验,验证了柔性机器人进行手术的可行性.     

基于遗传算法机器人路径规划研究

针对传统的机器人算法不是线性路径优化而导致不能较好地解决实际问题情况,介绍了采取遗传算法处理路径规划的方法解决路径规划问题的方案.