骨科机器人在足踝外科中的应用进展与展望

随着科技的不断进步,机器人辅助骨科手术作为提高手术精度、减少并发症和提升患者满意度的手段,应用范围日益扩大。大量临床研究已证实机器人辅助骨科手术的优势。骨科机器人ROBODoc(integ骨科机器人辅助tive surgical systems,USA)是世界上首款应用于骨科手术的机器人系统,最早用于辅助全髋关节置换术(total hip arthroplasty,THA)。该系统能够根据患者CT数据,在计算机指导下自动完成THA期间的股骨准备。ROBODoc于2001年应用于临床[1]。此后,包括Navio PFS(Blue Belt Technologies,MN)、Mako机器人臂交互骨科系统(Stryker)、以及iBlock机器人切割导向系统(OMNIlife Science,MA)等骨科机器人系统相继被开发并广泛应用,特别是在膝关节和髋关节置换手术方面[2]。然而,骨科机器人技术在足踝手术中的应用仍处于初级阶段,相关研究较少[3]。但许多临床前研究表明,骨科机器人在足踝手术中的应用前景广阔。

5G远程机器人辅助袖状胃切除术首例报道

本文报道2023年12月14日完成5G远程机器人辅助袖状胃切除术1例,采用微创图迈腔镜手术机器人系统(MT-1000)和5G信号网络系统,双主刀模式,患者平台位于甘肃省人民医院手术室,主操控台位于甘肃省人民医院兰州新区分院手术室(两者直线距离75.6 km)。手术总时长120 min,其中装机时间30 min,机器人操作时间90 min。术中网络延迟(55.16±25.33)ms,丢包率0.01%~0.1%。未发生网络中断等网络不良事件,手术顺利完成。

特种机器人:特种作业的科技“尖兵”

除了人们所熟知的工业机器人和服务机器人外,特种机器人是专为执行特定任务而设计,能在特殊环境或条件下工作的机器人。它们通常具备高度的针对性、复杂的技术要求及独特的环境适应能力等特点。减少灾难带来的生命与财产损失,是安全应急领域特种机器人的重大使命。在本届大会的安全应急展区,安防机器人、巡检机器人、消防机器人、排爆机器人以及矿山机器人进行了精彩展示。这些才能各异的特种机器人因其高效、安全和灵活的特点,能够在矿区、厂区、港区、机场等典型工业环境中开展应急处置救援、智慧安全服务等应用。

世界智能机器人产业发展动态

智能机器人在促进科技创新、推动产业升级、保障国家安全、守护人民健康等方面正发挥着愈加重要的作用,已成为衡量一个国家创新能力和产业竞争力的重要标志。近年来,世界智能机器人产业保持快速增长态势,技术发展日新月异。本文聚焦工业机器人、服务机器人、特种机器人等相关细分领域,围绕产业规模、技术水平、产品和企业经营情况等方面,分析研究产业发展现状和竞争格局。

国际机器人联合会发布2024年世界机器人报告

2024年9月,国际机器人联合会(IFR)发布2024年世界机器人报告。该报告提供有关全球机器人市场的全面和最新信息,包括统计数据、市场分析和案例研究等,涵盖工业机器人(含协作机器人)、服务机器人(含移动机器人和医疗机器人),分《2024年世界机器人报告——工业机器人》(以下简称《工业机器人报告》)和《2024年世界机器人报告——服务机器人》两本。本文重点介绍工业机器人的统计及相关预测数据。

医疗机器人技术发展综述

医疗机器人在过去几十年获得了飞速发展,根据医疗机器人的功能和用途将医疗机器人分为:神经外科机器人、骨科机器人、腹腔镜机器人、血管介入机器人、假肢外骨骼机器人、辅助康复机器人和胶囊机器人。分别对当前已经商用化的代表性的医疗机器人做了介绍,对其功能、主要技术指标、优缺点做出对比和描述。探讨医疗机器人当前主要的前沿研究问题,对医疗机器人关键技术和难点问题做出分析和讨论,对医疗机器人未来的发展方向和机遇做了展望。

一种多模式轮腿移动机器人的设计与分析

移动机器人作为智能勘探与侦察的自动化装备,在航天探测、抢险救灾等领域具有广阔的应用前景.轮腿式移动机器人因具有良好的机动性与越障能力而受到青睐.然而现有轮腿式移动机器人机身大多不可变形,导致机器人运动模式较少,地形适应性一般.且机身易与障碍物发生碰撞,无法在具备良好的爬坡能力的同时保证跨越障碍物的效率.针对上述问题,本文提出了一种采用多连杆可变形机构作为机身的轮腿式移动机器人.在设计机器人轮腿及可变形机身的基础上,建立机器人整体运动学模型,据此规划机器人3种运动模式:同步步态、翻滚步态和蜷曲-伸展步态.开展机器人在典型地形(平坦地面、松软地形、上升坡度、下降坡度、障碍物)下的运动性能分析,揭示机器人结构参数与地形特征(爬坡角度、障碍物高度)映射关系.最后基于理论分析结果搭建物理样机并开展实验.实验结果表明,本文所设计的多模式轮腿移动机器人的最大爬坡角度和越障高度分别为44°和28 mm,具有良好的爬坡能力与越障性能.此外,得益于多模式运动特点,机器人在包含平坦地面及松软地形在内的多地形下均具有良好的通过性,验证了机器人方案的可行性.本文为多模式轮腿运动机器人的设计与应用提供有益参考.

基于视觉的工业机器人路径规划探析

近些年来,随着时代的进步、科技的发展,工业机器人在自动化生产线中的应用愈发广泛,其已经成为标准化生产线的标配。为了能够提升工业机器人智能化控制水平,以视觉技术为基础来对工业机器人的路径进行规划,对于工业机器人作业水平的提升非常有利。本文主要从视觉技术出发,强化对工业机器人路径的规划与优化,使其控制精度以及作业效率得到有效提升,同时也能够推动工业机器人环境适应能力以及智能化水平的提高,拓宽工业机器人应用的范围,增强机器人应用效果。

利用异配及同配关系的社交机器人检测方法

现有基于图的方法未区分用户间的异配、同配关系,造成用户表示中存在异配边带来的噪声,弱化了社交机器人与人类用户之间的差异性,检测准确率降低;社交机器人持续演化模拟人类用户的关注数、推文发布数等元数据,容易导致较难识别的仿真社交机器人比例增加,检测召回率降低.提出一种利用异配及同配关系的社交机器人检测方法,通过记忆网络构建异配、同配关系原型来识别用户关系类型,减少异配边对用户表示的干扰,增加不同类型用户的特征区分性;在损失函数中引入调节因子,提高较难分类用户在模型参数更新过程中的损失贡献,增强了模型对仿真社交机器人的识别效果.实验结果表明,提出的方法优于当前先进方法,此方法通过区分用户间的异配和同配关系,降低异配边的权重,增强了用户表示的类别区分度,即使在低同配性分数的情况下也有效提升了检测准确率.

智能机器人在基层慢性病管理中的应用与挑战

全球慢性病患病率不断上升,给社会的发展和个人健康带来重大挑战。管理慢性病需要长期治疗和监测,对患者的生活方式提出了一定要求。随着人口老龄化和人们生活方式的改变,慢性病防控正变得越发重要。近年来,随着医疗卫生领域科技创新向纵深发展,借助人工智能的智能机器人在医疗领域的应用也逐渐成为国家重要战略方向之一,传统的慢性病管理方法过于依赖医生和患者之间的线下交流,导致医生无法与患者保持长期且有效的沟通和随访,患者病情出现变化时医生可能无法及时发现和监测。此外,传统的慢性病管理方法通常是一种通用化的方法,无法充分考量到每位患者的个体差异。鉴于传统慢性病管理方法的局限性,本文提倡利用智能机器人提供更便捷高效的基层服务。本文认为,通过个性化健康管理方案、辅助医疗诊断、定时提醒服药等功能,使智能机器人能够致力于改善患者生活质量、减轻医疗资源压力,从而推动全球智能化医疗管理的发展。

基于粒子群优化算法的农业机器人控制策略研究

介绍了粒子群优化算法的概念,并由数学模型、边界约束和环境约束对农业机器人优化约束模型进行了分析,实现了对农业机器人的动态避障和路径规划。仿真实验表明:针对复杂的作业环境,农业机器人可以进行最优避障路径规划,且算法收敛速度较快,能够满足设计要求,证明系统具有一定的可行性。

颈部按摩机器人设计及优化研究

针对当前颈椎按摩的需求,基于中医按摩理论设计了一种颈部按摩机器人。首先基于仿生学进行机器人构型与尺度设计,使用Solidworks建立三维模型。为提高机器人的按摩性能,使用DH参数建立机器人的正、逆运动学模型,并通过数值算例验证理论模型的准确性。其次建立机器人在捏拿及滚揉两种模式下的工作空间多目标函数,使用改进蚁群算法对机器人的连杆长度和轨迹方程进行优化,以增大按摩机器人的颈部按摩范围,提高不同人群对机器人不同按摩力度的适应性。最后通过原理样机的制作和实验平台的搭建对理论模型进行验证,并通过志愿者在一定时间按摩后的主观感受评价证明了机器人设计的合理性。

矿井巡检机器人复杂斜巷通过性能优化

为提高移动机器人在矿井巷道等复杂环境中的越障稳定性,通过理论分析与RecurDyn仿真试验,研究并提出了一种分析和优化摆臂履带式巡检机器人坡道越障能力和越障稳定性的方法。研究结果表明:坡度对所涉及的巡检机器人最大越障高度和稳定性均有较大影响,在坡度角为(0~35)°工况下,随坡度的增加理论最大越障高度从349mm逐渐减小至221mm,且当坡度角大于30°时,机器人在越障中易处于不稳定状态,故在越障控制时须考虑稳定性因素的影响。该结论可为所涉及巡检机器人的设计和自主越障控制提供理论依据。

面向雕刻任务的机器人技能学习应用研究

缺乏自主作业能力是制约机器人在工业制造领域大规模应用的主要因素之一。机器人通过学习操作技能,可有效加强自主作业能力,进一步提升智能化水平。针对雕刻任务,提出了一种机器人技能学习方法以实现高效作业。该方法首先对任意轨迹进行分割和特征提取,利用梯度提升决策树多分类方法进行轨迹分类,并基于改进型动态运动原语模型的技能学习方法生成待雕刻字样轨迹。同时,在所搭建的机器人雕刻实验平台,采用艾力特机械臂完成了雕刻英文任务,实验结果表明雕刻效果良好,实现了机器人雕刻技能学习。该方法效率高,能够适应不同任务需求,在工业制造领域有着广阔应用前景。

服务机器人特性对酒店行业顾客满意度影响的实证研究

在智能化转型背景下,服务机器人成为提高酒店行业服务水平和品牌竞争力的关键。本文基于SRAM模型,从服务交互性、服务拟人化和服务体验感三个维度探究了服务机器人特性对酒店行业顾客满意度的影响效应及中介机制。研究发现:服务机器人特性及其各维度对顾客满意度均具有显著促进作用,但服务交互性和服务体验感的影响效应较强;感知价值在服务机器人特性和顾客满意度间发挥了显著中介作用,其中介效应占比为22.15%;表达幽默性正向调节了服务机器人特性对顾客满意度的影响过程,即表达幽默性越强,服务机器人特性对顾客满意度的影响效应越强。

以社会视角审视老年护理机器人面临的挑战

目的探讨老年护理机器人面临的挑战,为老年护理机器人的应用及推广提供参考。方法2023年4-10月,通过目的抽样,选择2名政府人员、2名技术提供商、2名养老机构管理者、2名养老护理员、3名老年人、2名大学教师、2名保险公司代表和2名媒体代表进行半结构式访谈。采用描述性质性研究,以社会生态系统理论为指导,访谈的关键问题涉及技术本身的优势和潜在风险、利益相关者的责任和态度、社会大众需要了解的信息、可能面临的障碍,以及技术引入可能对社会产生的影响。采用主题分析法分析访谈资料。结果老年护理机器人的应用及推广面临三大挑战共12个主题:对个人或团体的挑战(对技术的期望值过高、接受度不足、伦理冲突和对知识的挑战)、对社会层面的挑战(社会资源利用不均、数字基础设施不完善、文化和社会认可、法律法规滞后、预算和采购困难)和产品推广的挑战(技术与需求的鸿沟、推广的困境、安全与隐私问题)。结论为了成功引入和推广老年护理机器人,需要综合考虑个人、团体和社会文化等方面的挑战,除了克服技术上的困难,还需要考虑社会观念、法规制度和社会资源分配等层面的问题以及如何融入现有的护理体系。

基于点云处理的仿人机器人楼梯障碍物识别与剔除方法

环境感知对于仿人机器人自主导航和运动规划具有重要研究意义,是实现仿人机器人在复杂环境中进行自主移动进而完成特定任务的基础.在特殊的楼梯场景中仿人机器人环境感知过程面临诸多挑战,楼梯障碍物会破坏阶梯平面特征,导致仿人机器人获取不准确的楼梯参数而出现踏空、摔跤等问题.本文结合区域生长和平面构造方法识别和剔除楼梯障碍物点云,基于剔除障碍物后的楼梯进行三维参数估计.首先利用相邻点的投影之和最小原理准确完成对楼梯水平面的提取;其次根据区域生长算法判定楼梯障碍物聚类情况,构造平面并分析平面内点数以完成对障碍物点云的快速识别与剔除工作;最后对有障碍物楼梯与剔除障碍物楼梯进行楼梯三维感知实验.实验结果表明,本文剔除楼梯障碍物的平均精度为92.43%,且剔除后的楼梯参数感知误差仅为有障碍物时的0.5倍.总体表明所提算法能提高机器人在复杂楼梯环境中的楼梯参数估计精度,能够有效提高仿人机器人在复杂楼梯环境下的感知能力.

多障碍环境下巡检机器人路径规划优化研究

针对大规模、密集的障碍物分布,高效地搜索最佳路径是一个挑战,为规划出更短的巡检路线,并实现多障碍环境下的灵活避障,文中提出一种多障碍环境下巡检机器人路径规划优化方法。使用二维矩阵构建巡检环境模型,应用D*算法在巡检环境模型中进行巡检机器人路径规划,并将传统D*算法中的扩展步长方式改变为自适应扩展步长,使机器人在面积较大的巡检场地能够更快地完成巡检;将代价函数由欧氏距离替换为切比雪夫诺距离和曼哈顿距离融合的代价函数,并引入了平滑度函数优化线路规划结果,使规划的路径更为平滑,在遇到由于多种原因产生的新障碍物时可以重新规划路径。通过实验结果可知,无论是静态地图还是动态地图,该方法均可以快速准确地规划出一条最佳路线,并且在多种环境中应用该方法能够高效获取路径规划结果。

福祉机器人基础研究与系统开发及展望

以沈阳工业大学中日福祉机器人研究中心科技成果为主线,指出福祉机器人领域中某些观念误区、基础研究的重要性及推广应用中的技术瓶颈。提出福祉机器人的简明定义,从系统构成角度阐明福祉机器人与工业机器人的本质区别,并以自主研发的机能康复机器人、部分失能者自立生活辅助机器人、完全失能者护理机器人等为例,通俗地论述了其社会背景、基本研究理念、具体研究内容及难点、取得的创新性成果及正在攻关的挑战性课题。对福祉机器人新兴领域的科研机遇、人才需求、市场规模及就业前景等进行了展望。