双半球胶囊机器人自监督姿态快速矫正方法

为了解决胃肠道粘弹性阻尼和胶囊质心偏移等非线性因素会使胶囊机器人姿态偏离控制目标,胶囊运动过程中大视差和运动图像模糊所导致的姿态估计误差等问题,提出一种自监督姿态快速矫正方法。在胶囊初始姿态标定方面,消除了初始自转角的影响;在胶囊姿态估计方面,基于注意力机制SAB和TAM,使用深度可分离卷积替代部分标准卷积,设计出一种时空注意力机制TSAM并嵌入到PoseNet中得到注意力姿态估计网络APEN,加强模型特征提取能力。实验表明,相较于现有胶囊姿态估计方法Endo-SfM,APEN可在保持推理速度几乎不变的同时,相对姿态估计精度提高52%,并且该方法能实时、有效的对胶囊姿态进行矫正,姿态控制精度提高38.8%,为实现胃肠道高效动态诊疗奠定了基础。

一种新型双半球形胶囊机器人

为了实现食管、胃部和结肠等非结构宽裕环境内的介入诊疗作业,提出一种主被动模态双半球胶囊机器人,通过空间万向旋转磁场可控制两种模态相互转换,机器人采用被动模态实现"悬停"调姿,采用主动模态实现滚动行走。研究双半球胶囊机器人主被动模态转换机理,推导被动模态下"悬停"姿态调整力学模型与主动模态下滚动力学模型,确定胶囊"悬停"调姿稳定性条件,试验表明该双半球胶囊机器人可实现定点"悬停"调姿下的全景观察与沿弯曲环境滚动行走。双重作业模态分离关键技术的突破为构成集窥视、诊疗为一体的胶囊机器人系统,实现胃肠非结构宽裕环境内遍历检查与医疗作业奠定了基础。

双半球测头测量螺杆转子型线的探讨

螺杆转子型线直接影响螺杆压缩机的性能。球形测头测量螺杆转子型线时,由于测量接触点与测头球心不在同一平面内,必须进行测头半径三维补偿,运算量大。用半球测头测量时,调整装置会影响测量精度。采用双半球测头测量转子型线,在不需要调整装置的前提下,保证了接触点与球心在同一平面内,简化了测量和数据处理过程,提高了测量精度。

双半球测头测量螺杆转子型线

螺杆转子型线直接影响螺杆压缩机性能。球形测头测量螺杆转子型线时,由于测量接触点与测头球心不在同一平面内,必须进行测头半径三维补偿,其运算量大,当螺杆转子CAD模型未知时,很难建立测头半径三维补偿数学模型。采用半球测头测量时,其调整装置影响测量精度。采用双半球相扣测头测量转子型线,在不需要调整装置的前提下,保证了接触点与球心在同一平面内,极大地简化了测量和数据处理过程,提高了测量精度。

双半球胶囊机器人调姿方程的幂级数解

为了探究双半球胶囊机器人调姿响应时的轴线姿态轨迹,分析其动力学响应与控制参数的关系,必须确定其动力学方程的精确解析解。在建立磁力矩简化模型的基础上,在姿态角小范围内变化时对原动力学方程选取合理近似,并对近似系统采取幂级数方法求得解析解,采用近似解析解对调姿过程中磁感应强度对机器人轴线轨迹产生的影响进行分析,仿真和试验结果一致表明,求得的幂级数解析解在时域内能够准确拟合姿态角响应结果,解析解拟合范围可控,计算结果准确可靠,可用于控制参数影响的研究。

基于HJI理论的双半球胶囊机器人姿态非线性控制方法

考虑到自主研发的双半球胶囊机器人系统不确定性以及外界扰动等非线性特征问题,提出了一种基于Hamilton-Jacobi不等式(HJI)理论的双半球胶囊机器人滑模鲁棒非线性控制策略。通过拉格朗日动力学原理建立双半球胶囊机器人被动模态的动力学模型,并将Hamilton-Jacobi不等式理论应用于设计滑模鲁棒的控制律来确保控制系统的稳定性。此外,通过Lyapunov方程验证了该双半球胶囊机器人基于HJI理论的滑模鲁棒控制系统的有效性,并对所设计的控制器进行了仿真实验,仿真和实验结果表明所设计的控制策略能有效地抑制外部干扰对控制误差的影响,提高了双半球胶囊机器人系统的控制精度。

磁驱动双半球胶囊机器人爬坡运动分析

胃及肠道内表面布满环形皱襞,凹凸的复杂作业环境给磁驱动双半球胶囊机器人姿态能否稳定回归带来不确定性,且肠道起伏的表面迫使机器人应具备一定角度的爬坡行走能力。基于空间旋转磁场与机器人的随动效应,采用拉格朗日乘子法建立主动模态下爬坡滚动的完整动力学模型,通过姿态角仿真分析验证了模型的正确性。为进一步分析机器人的爬坡能力,建立简化动力学模型,结合由动量矩定理推导的纯滚动条件,仿真相关参数与纯滚动爬坡角度关系。仿真表明:机器人爬坡时姿态具备一定的抗干扰能力,且在规定范围内,增大磁场强度和摩擦因数,可以增强机器人的爬坡能力。上述结论为延展胶囊机器人的作业场合提供了理论支持。

双半球胶囊机器人倾斜环境爬行性能研究

为了实现食管、胃部和结肠等非结构宽裕环境内的介入诊疗作业,提出一种万向旋转磁场驱动的主被动模态双半球胶囊机器人,机器人在被动模态下可实现肠道内定点悬停姿态调整,在主动模态下可实现肠道内的滚动行走。建立了胶囊机器人在主动模态下的爬行动力学模型,研究了机器人在倾斜环境下的爬行性能,仿真得到了机器人的不同系统参数下的最大爬坡角度,仿真结果为复杂环境下胶囊机器人运动学的研究奠定了基础。

磁控双半球胶囊机器人姿态的图像检测方法

提出一种双半球胶囊机器人轴线方位的姿态检测方法.以空间万向旋转磁矢量误差模型所确定最小误差方位为双半球胶囊机器人的初始图像标定位置,对初始位置胶囊自转角信息进行校正.通过内嵌相机获得胶囊初始位置与调姿后的胃肠内壁图像,对这两幅图像进行特征点识别与匹配,并结合对极几何约束,最终获得胃肠道等宽裕环境内双半球胶囊机器人轴线方位.设计了模拟实验平台,在体外猪大肠内进行试验验证了该方法的可行性,并且在双半球胶囊实际工作状态下进行试验,确定了该方法在机器人姿态检测上的实用性.

磁驱动双半球胶囊机器人滚动动态性能研究

为了实现食管、胃、结肠等宽裕环境内诊断与治疗,双半球胶囊机器人需要实现稳定的滚动行走。为了探究旋转磁场强度、旋转速度、阻尼等参数对胶囊滚动动态性能的影响,确定胶囊姿态角变化范围,结合旋转磁场随动效应建立了双半球胶囊拉格朗日滚动动力学模型,采用区间状态转移矩阵逼近算法求得状态转移矩阵,通过分析状态转移矩阵特征指数,确定了能够实现稳定滚动的临界和最优控制参数。提出了基于激光系统的胶囊滚动姿态检测方法,模型仿真与试验结果表明:在一定范围内,磁场强度的减小及磁场旋转角速度的增加通常有利于机器人滚动动态稳定性的增强,该动力学特性为控制胶囊实现肠道内稳定滚动控制策略提供了理论依据。

浅谈煤矿建筑施工单位51m跨拱架的施工

文章介绍了351m跨拱架的施工方案,及保证质量的措施,具有一定的借鉴作用。

磁场与视觉共融的多模态胶囊机器人人机交互控制

为了实现磁驱动胶囊内窥镜基于定点悬停调姿的全景观察,提出一种欠驱动双半球胶囊机器人,突破了悬停调姿与滚动行走双重工作模态转换关键技术.为了在肠道弯曲环境内实现滚动行走,提出与视觉相融合的空间万向旋转磁场人机交互控制策略.理论上,依据正交变换推得经纬坐标系下以磁场轴线的侧摆角与俯仰角为独立变量的三相电流形式空间万向旋转磁场叠加公式,完成控制变量降维与解耦,实现磁场轴线沿侧摆或俯仰方向的单独调整;实践上,通过磁矩随动效应带动双半球形胶囊机器人摄像头分别实现侧摆与俯仰2个方向的独立扫描,使机器人轴线对准各段肠道弯曲方向,沿弯曲方向施加滚动磁矩实现胶囊机器人滚动转弯.最后,采用离体猪大肠模拟环境验证人机交互性能.试验表明,通过结合弯曲肠道图像与磁场方位的人机交互控制,既能实现双半球形胶囊机器人在被动模态下的姿态任意调整与全景观察,也能实现在主动模态下沿弯曲环境的滚动行走.