基于STM32的视觉识别导盲机器人设计

针对现阶段导盲产品功能单一、不易携带等问题,对导盲机器人领域进行了研究。采用传感器与视觉识别技术,设计了一种智能化移动式导盲机器人。在传统避障功能的基础上,创新性地添加了定位与图像识别功能。机器人以STM32为主控制器,采用伺服系统运动设计,在前进途中获取超声波传感器反馈的障碍物信息以实现避障。同时,可通过串口与全球定位系统(GPS)通信获取经纬度信息。搭载的Jetson Nano采用你只看一次(YOLO) v3算法对摄像头扫描得到的图像进行识别,达到GPS定位精度为2.5 m、摄像头平均检测准确率为88.33%的性能指标。以木箱避障与计算机端图像检测为试验案例,验证设计软硬件方案的可行性。该设计能够提高盲人出行的安全系数。

基于Jetson Nano的智能双足人形机器人

针对人型机器人多样的使用需求及复杂的使用环境,本文设计出一款以高性能NVIDIA Jetson Nano为主控板,采用舵机驱动、搭载多个感知模块的智能双足人型机器人,通过ROS系统进行步态控制,依靠摄像头、多种传感器及配套算法实现姿态识别和空间位置计算,完成机器人整体的行动。

细菌杂化微纳米机器人的研究进展

综述了近年来国内外关于细菌杂化的微纳米机器人的研究进展,重点探讨了天然细菌的功能化制备、细菌机器人的驱动控制方法以及细菌杂化机器人在生物医学领域中的应用。重点从当前的研究中细菌杂化机器人的制备方法如物理吸附、化学修饰和基因工程改造,对比并探讨了各个方法对细菌机器人的性能影响进行评述,归纳了近年来细菌机器人基于细菌自运动与趋化运动的控制、磁场-自运动混合驱动控制以及基于医学影像的体内追踪与导航等控制研究进展。重点阐述了细菌杂化机器人的药物递送与癌症细胞去除,概述了细菌杂化机器人在生物医学领域中的代表性应用研究。最后,总结了当前研究中存在的局限与面临的挑战,并以此展望了未来的研究方向。

磁驱动微纳机器人研究进展及关键技术

微纳机器人体积尺度相对较小,可在复杂环境中经磁场控制精准抵达目标位置,对于生物医疗领域的应用具有重要意义。围绕磁驱动微纳机器人,对其结构形式、制备方式及磁导航系统等关键技术进行了分析。总结出结构形式与制备方式会直接影响微纳机器人在不同生物医疗环境的应用。合适的磁驱动系统是保证微纳机器人精准到达目标靶向位置的关键,鉴于此分析了磁驱动机理,主要包括磁梯度推进及旋转推进。归纳总结了微纳机器人的外磁场驱动装置,主要包括线圈驱动、永磁体驱动及电磁铁驱动。最后,分析展望了微纳机器人在结构形式及制备方式等方面的潜在创新,为微纳机器人在不同医疗环境的应用提供更多可行指导。

医疗机器人发展概况综述

近年来,医疗机器人成为机器人领域研究热点之一。本文详细介绍了外科手术机器人、康复机器人、医院服务机器人等在国内外的研究及应用现状,并探讨了今后的发展方向。

微纳米生物机器人与药物靶向递送技术

微纳米生物机器人与生物医学的结合可以解决传统医学无法解决的问题,从而显示出了其巨大的发展潜力。将微纳米生物机器人作为药物载体用于药物靶向递送技术,是机器人学、动力学、纳米科学、生物学和医学等多学科的交叉产物,对于治疗癌症、心血管疾病等具有特别的临床意义。但当前国内外的微纳米生物机器人及药物靶向治疗的整体发展水平仍处于基础研究阶段,还存在许多不足。介绍目前主要的药物靶向递送技术——磁性药物靶向及其实现机理和应用进展,总结目前存在的问题和可能解决的方法,提出以磁性红细胞作为机器人而组成的药物载体机器人群的概念,将纳米磁性红细胞机器人群应用到药物靶向递送技术上,由于与其他药物载体相比磁性载药红细胞具有强大的优势,使得它们可以很好地解决药物靶向递送过程中遇到的问题,并得到最优的、可控的、准确靶向及高浓度的药物递送机制。最后展望微纳米生物机器人在生物医学特别是药物靶向递送领域的未来前景及巨大的发展潜力。

轴向运动压电纳米板的非局部热-力-电耦合振动

基于非局部理论结合基尔霍夫压电薄板模型,研究了轴向运动压电纳米板的热-力-电耦合振动响应。考虑压电纳米板受到双向轴力、外部电压和温度变化等作用并做轴向运动,应用哈密顿原理推导了系统的控制方程组,利用伽辽金法数值求解轴向运动压电纳米板横向振动固有频率,进一步讨论小尺度参数、轴力、外部电压以及温度变化等因素对固有频率及亚临界区域的影响。结果表明:双轴压力、外部正电压、温度升高以及小尺度参数的存在使得压电纳米板的等效刚度降低,从而导致固有频率和亚临界区域的减小,而双轴拉力、外部负电压、温度降低则引起纳米结构等效刚度提高。

纳米生物机器人研究与进展

介绍了纳米生物机器人相关领域的研究概况,给出了本小组基于病毒的纳米生物机器人的概念模型,对其中的关键技术和方法进行了分析,总结了目前存在的主要难题和可能的解决途径,最后展望了纳米生物机器人未来的发展方向.

基于AFM的机器人化纳米操作中纳观力的初步研究

针对基于原子力显微镜(AFM)的机器人化纳米操作,对探针作用下探针—基片—微粒之间纳观力的作用规律进行了初步分析.指出起主要作用的纳观力为范德华力、接触斥力、纳米摩擦力、毛细作用力以及纳米静电力等五种,并初步推导了各种纳观力的表达形式.通过力—距离曲线仿真与实验验证了所进行分析的合理性;该分析有助于进行纳米操作的精确控制.

基于深度学习的智能垃圾分拣车系统

针对生活垃圾的高效分类及搬运处理,设计了一款以边缘嵌入式AI设备Jetson Nano为控制器的光电智能小车系统,该系统设计以YOLOv5为目标检测算法,以Pytorch1.8.1为深度学习框架。使智能小车从指定区域出发,通过自身的光电传感器在指定范围内搜寻垃圾,利用六轴机械臂对垃圾进行分拣并送到指定分类地点。对采集到的5048张图片(包括5种垃圾类别)进行300次的迭代训练,实验测试结果表明:平均精确度达到91.8%,准确率达到94.5%,召回率达到89.03%。

操纵微小世界的工具——微/纳米镊的研究与应用

在许多领域内,对微小物体的操纵一直都是极富挑战性的课题。这类技术以其在对微/纳米器件或生物学对象进行操作、加工、表征、装配及测试中的关键作用,正成为微/纳米技术尤其是微自动化领域中的一个极为重要的研究方向。本文归纳和总结了微/纳米操作技术方面的最新研究进展,并按照各种微/纳米镊的工作原理进行分类,分别对基于机械、水力学、电、磁、声、光、热以及这些效应的组合发展起来的微/纳米操作技术进行了评述,特别介绍了其中的一些典型应用。可以看到,微/纳米镊技术的发展,将给微小世界的研究和应用增添更多强有力的工具。

面向可控自组装的DNA纳米管可编程AFM操作

"核心"DNA纳米结构的精确定位是实现指定位置的DNA纳米结构可控自组装构建纳米器件或系统的关键难题之一。研究了一种可编程控制的原子力显微镜(AFM)操作方法,通过运用操作过程中参数调控,实现液体环境中柔性DNA纳米结构的可控定位及定向操作。对操作振幅和溶液中Mg2+浓度两个关键参数进行了实验优化。实验采用的是长400 nm和直径约6 nm的DNA纳米管状结构。实验结果表明,在操作振幅为3.5 nm和Mg2+浓度为10 mmol/L的优化控制条件下,应用可编程控制的AFM调控操作方法,实现了液体环境中DNA纳米结构的定位定向操作,且成功率达到80%。

纳米生物传感技术在医疗中的应用

近年来,纳米技术不断发展,尤其是纳米材料和纳米机器人的发展,使生物传感器和医疗技术取得巨大突破和变革,成为当前研究的热点内容之一。结合纳米生物传感器的特点和优势,主要介绍了纳米生物传感的发展趋势和典型应用,并对纳米机器人在医疗领域的应用前景进行了做简要介绍。

基于超宽带测距的异构移动机器人轨迹跟踪控制

针对超宽带(UWB)测距过程中随机出现的奇异值,设计了改进的基于最小协方差的马氏距离奇异值检测模块;针对全向机器人的运动学和动力学特点,提出了一种基于滑模+PID控制的逆动力学前馈轨迹跟踪算法;针对UWB定位算法中出现的坐标跳动、边缘效应以及微型四旋翼的运动学特点,设计了基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的轨迹跟踪控制算法;并在MATLAB和Gazebo仿真软件中分别进行了验证。为在实际环境验证轨迹跟踪控制算法的速度闭环控制和位置闭环控制以及UWB定位的实时性、准确性,搭建了基于UWB的异构多机器人系统,完成了四旋翼定点悬停、单个全向机器人轨迹跟踪、异构多机器人协同控制实验。实验结果表明,UWB定位系统和机器人控制算法能够满足控制的实时性和稳定性要求。

纳米机器人的发展和趋势及其生物医学应用

"纳米机器人"一词已经频繁出现在各类媒体中,成为了科学界的热门话题,21世纪是生命科学的时代,纳米技术与生物医学结合而形成的纳米生物学将是21世纪生命科学的重要组成部分,而纳米机器人也将会是纳米生物学中最具有诱惑力的成就。介绍了机器人技术与纳米科技的结合,微型机器人的出现和应用以及各国在纳米生物机器人上面的研究,比如各国在研制纳米机器人中遇到的选择什么做驱动的问题、如何控制纳米机器人在人体内行走的问题等。从生物医学、人类生命科学应用的角度来看,各国在机器人技术与纳米技术的结合方面已经做了大量的研究,美国研制出了输送治癌药物的纳米机器人、清除血管垃圾的"纳米蜘蛛",我国也研制出了"OMOM纳米胶囊内镜系统"。

趋磁细菌运动特性的研究进展

细菌的运动性是影响其生存及致病的一个关键条件,同时也为合成和开发仿生运动体、微型机器人等提供了有效的模型。趋磁细菌具有胞内磁小体从而能够感知磁场的变化,进而影响其运动行为。目前,这种外部磁场与生物体的远程响应模式已在环境、医疗、材料等领域有广泛应用。因此,聚焦于趋磁细菌的运动特性,综述了趋磁细菌运动行为的表征、运动机理以及应用等方面的最新研究进展,并对该领域的发展和面临的挑战进行了展望。

Jetson Nano平台下的AI送餐系统设计

为提升餐厅送餐系统的智能化程度,依托NVIDIA Jetson Nano b01的ROS移动机器人平台,设计用于室内餐厅的AI送餐软件系统。该系统基于轻量级深度学习框架Darknet,采用C++和Python进行系统编程,包含控制器、语音、运动控制和AI视觉处理4个模块。通过语音启动送餐机器人,在识别顾客订餐信息二维码后,自主导航至目标餐桌进行送餐。同时,基于YOLOv3-tiny深度学习对送餐沿途上的人物进行视觉识别,当识别到顾客时语音播报欢迎词。实验结果表明,该系统能有效完成送餐任务,二维码识别时间约0.003s,人物识别准确率高达99%以上。系统能够自动进行语音启动和播报,设计方案合理有效,可为AI送餐领域提供参考与借鉴。

磁调控微/纳米机器人的理化性质及其医学应用现状和进展

体内靶向递送一直是临床医学迫切希望攻克的难题。磁调控微/纳米机器人具有远程控制移动、无束缚接触、精确的靶向能力和对生物物质不敏感等优点而受到研究者的青睐。其应用范围涉及靶向给药、精准手术、细胞操作、疾病诊疗等,在多种生物医学应用方面具有巨大的潜力。近年来关于磁调控微/纳米机器人的研究取得了一定进展。本文就磁调控微/纳米机器人的磁性和可操作性、生物医学、可视化追踪及生物安全性4个方面的研究和应用进展进行综述。

纳米薄膜气敏技术发展与展望

目前,纳米薄膜气体传感器的发展趋势是提高灵敏度和工作性能,降低功耗和成本,缩小尺寸,简化电路。介绍Sn O_2、Zn O、Ti O_2等主要纳米薄膜气敏传感器研究现状。电子鼻依靠气体传感器阵列而组成,还介绍了装有电子鼻的机器人。