Pendubot机器人的计算机控制系统

该文提出并设计了一种使用打印并口做接口的上下位计算机控制系统,把它应用于Pendubot机器人中.该控制系统原理简单、实用,可应用于很多与此相类似的控制系统上,具有易于扩展、适用性广泛的特点.

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.

视频监控与识别技术和智能巡检机器人技术在石化领域的应用

人工智能技术的飞速发展已成为推动各行各业创新的重要力量,为石化行业带来了前所未有的发展机遇。综述了人工智能技术,特别是视频监控与识别技术和智能巡检机器人技术在石化行业的应用。通过视频监控与识别技术,可以实时掌握生产运行状态,及时发现潜在风险,确保生产安全。智能巡检机器人则能够替代人工进行巡检,减少人力成本,提高巡检效率,确保设备的稳定运行。

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。

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。

基于视觉定位与虚拟现实技术的机器人遥操作研究

机器人遥操作,即人类操作者通过远程控制设备操纵机器人完成任务,实现了机器人的执行能力和人类操作者在非结构化环境中的决策能力的融合,已被广泛应用于各种工作要求复杂且对人类有潜在危险的领域.高效遥操作的关键因素之一在于能否为操作者提供良好的临场感,临场感取决于操作者对远程环境的身临其境的感知(视觉、触觉等感官反馈)以及对远程机器人精准、直观的控制.本文提出了一种基于视觉定位与虚拟现实技术的机器人遥操作方法,重建并传输远程场景的静态点云模型,利用Gen6D位姿估计算法根据RGB数据自动检测远程场景中的物体,然后将检测到的物体位姿信息传输到Unity虚拟现实场景中,定位虚拟物体,从而取代物体的点云模型.充分发挥虚拟现实的固有优势,沉浸式可视化重建后的远程场景,利用Unity物理引擎驱动虚拟物体,提高操作者的临场感.其次,提出一种人机解耦的信息物理(cyber-physical)映射模型,将操作者与远程机器人的控制回路解耦,消除了时延对遥操作的影响.最后,提出一种基于虚拟现实空间的自适应位置增量映射算法,根据虚拟机器人末端抓手与目标物体的距离改变位姿映射的比例,提高了遥操作的灵活性,并赋予虚拟现实遥操作避障的功能,保障了虚拟现实遥操作的安全性.

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.

基于前馈非线性模型预测控制的类车机器人路径跟踪

类车机器人由于零件标准化程度低,侧偏刚度等轮胎力学参数难以准确获得,存在动力学建模十分困难的问题,因此现有研究工作通常以运动学模型作为类车机器人的控制模型,但由于其运动学模型存在模型失配,导致类车机器人与参考路径之间的误差、类车机器人的前轮转角和前轮转角速度出现剧烈振荡现象.针对前述问题,本文基于非线性模型预测控制(Nonlinear model predictive control,NMPC)的滚动优化原理,引入基于逆运动学模型的前馈转角信息,将前轮转向角作为预测模型的第四维,提出了一种基于前馈非线性模型预测控制(Feedforward NMPC,FNMPC)的类车机器人路径跟踪控制算法.并通过Simulink和CarSim进行了联合仿真,结果表明FNMPC有效减小了模型失配导致的振荡现象,同时具有较高的跟踪精度.其中前馈非线性模型预测控制器的位移误差幅值不超过0.1106 m,航向误差幅值不超过0.1253 rad.在相同工况下,线性模型预测控制、前馈线性模型预测控制、纯跟踪控制和Stanley控制误差发散,而本文提出的FNMPC相比已有NMPC跟踪精度更高,且控制增量绝对累计值相比NMPC控制器减小67.53%.通过线控类车机器人底盘作为实验平台完成的测试结果表明,NMPC系统在进入弯道时出现控制失控现象,在相同工况下,FNMPC系统能够有效完成对参考路径的跟踪,同时将位移误差幅值控制在0.1624 m以内,航向误差幅值控制在0.1138 rad以内.

花卉大棚喷药机器人远程控制系统设计——基于互联网

针对花卉薄膜大棚传统人工施药效率低、喷洒不均匀且漂浮药物对人体健康造成伤害等问题,设计了一种可实现远程手机控制的悬挂式喷药机器人系统。首先,根据花卉的生长特点和大棚空间结构,在不改变现有大棚结构的前提下,通过增设导轨的方式引入喷药机器人,并依据花卉精准施药的基本要求,在SolidWorks中建模并优化喷药机器人的机械结构;其次,以MCU esp8266模块作为核心控制单元,对继电器、电机、电磁阀和药液泵等硬件进行控制,采用PWM方式调节继电器的导通时间,进而实现喷药机器人根据不同行进速度作业;最后,通过WiFi无线通信模块结合物联网平台设计远程控制APP端,实现喷药机器人启停和环境数据采集等功能。系统测试表明:在无遮挡和有遮挡物环境中,数据传输的成功率分别约为98%和93%,丢包率分别约为1.98%和7%,且喷药机器人在不同的速度下运行稳定。测试结果能够为喷药机器人在大棚内行走稳定性和对花卉自动施药提供技术参考。

深度学习方法在红花采摘机器人中的应用

为实现农业复杂环境中红花的快速准确识别,提出了一种基于深度学习方法的改进YOLOv5s红花目标检测算法。在YOLOv5s基础上融入适配GPU的轻量Ghost模块,获得复杂度更低、网络推理速度更快的基线模型,将CBAM注意力机制嵌入基线模型,增强了小目标物在高频特征中的表现力,并通过建立一种基于边界框宽和高差值的Focal-EIoU损失函数,提高红花在不同遮挡情况下的识别率。最后,在并联式红花采摘机器人上开展红花识别试验,验证改进算法的可行性和可靠性。结果表明:改进后的YOLOv5s模型相较于原始模型在mAP值上提高了1.94个百分点,模型参数量和单幅图像检测速度分别为3.52 MB和0.06 s/幅,红花采摘机器人视觉系统的平均识别成功率可达89.92%。

基于改进APF-QRRT^(*)策略的移动机器人路径规划

针对Q-RRT^(*)算法在路径规划过程中无法兼顾可达性和安全性的问题,提出一种改进APF-QRRT^(*)(IAPF-QRRT^(*))路径规划策略。IAPF-QRRT^(*)策略通过Q-RRT^(*)算法获得一组连接起点到终点的离散关键路径点,较传统的快速搜索随机树(RRT^(*))算法具备更好的初始解和更快的收敛速度。改进传统人工势场(APF)方法获得一种新的无势正交向量场,在一定条件下使整体排斥向量场与吸引向量场正交,并将其作用于关键路径点,从而提高路径的安全性。将IAPF-QRRT^(*)策略与其他算法比较,通过数值模拟实验证明了所提策略的有效性。

场驱动医疗微机器人:材料制备工艺不断优化的应用前景

背景:微机器人具有体积小、灵活、靶向性强等特点,可以在狭窄的环境下通过单体或集群的方式完成复杂的工作。随着材料、制备工艺以及驱动方式的不断优化,其在生物医学领域内显示出越来越重要的应用价值。目的:分析场驱动微机器人在生物医学领域的应用并展望其应用前景。方法:以“微机器人,纳米机器人,驱动,生物医学,医疗”为中文关键词,以“microrobots,micro-robots,nanorobots,micromachine,microswimmer,medical”为英文关键词,分别检索万方以及Pub Med数据库,检索时间范围重点为2010年1月至2024年1月,同时纳入少数远期文献。通过阅读文题、摘要初步筛选,排除重复性研究、低质量期刊以及与内容不相关的文献,阅读全文后最终纳入66篇文献进行综述。结果与结论:场驱动医疗微机器人涵盖了磁、光、热、超声及多种混合因素驱动机器人。场驱动机器人已被应用于肠道诊断、药物靶向治疗及干细胞治疗等多个领域。尽管医用微机器人在临床医学中已有少数应用,但大多数还处于理论和实验阶段。医用微机器人的未来面临诸多挑战,如实现大规模制备、进一步提升精确控制、解决回收或体内降解问题,以及所用材料是否会对人体产生不良反应等,此外微机器人还需与相应的微创医学手术相配合。

基于ROS的蔬菜移栽机器人控制系统设计

为实现温室蔬菜移栽无人智能化作业,设计了基于ROS架构的蔬菜移栽机器人控制系统,实现了蔬菜移栽机器人自主取苗部件、秧苗栽植部件和自主移动平台的自动控制。控制系统主要分为总线单元和导航单元,并基于EtherCAT总线和Realsense深度相机搭建硬件系统,利用分层模块化理念开发基于ROS架构的软件控制系统,搭建并实现了移栽作业中取苗、投苗、栽苗及移动平台协同一体化控制。实验结果表明:在大于2s/株的取栽苗周期运动条件下,可实现较高成功率的移栽作业。所设计控制系统保证了移栽作业成功率,提高了当前蔬菜移栽机的智能化水平。

局部麻醉下机器人辅助经皮椎体后凸成形伤椎注入骨水泥的患者体验分析

背景:局部麻醉下传统C臂辅助经皮椎体后凸成形手术需多次透视以调整穿刺方向,工作通道建立时间较长,患者术中疼痛刺激较大;而机器人辅助经皮椎体后凸成形手术可一次性精准穿刺成功,明显改善患者术中体验,同时减少骨水泥渗漏风险。目的:比较局部麻醉下机器人辅助和传统C臂辅助经皮椎体后凸成形手术的患者体验和其他疗效。方法:选择四川省医学科学院·四川省人民医院(电子科技大学附属医院)收治的单节段骨质疏松性椎体压缩骨折患者241例,其中132例在局部麻醉下进行机器人辅助经皮椎体后凸成形手术治疗(机器人辅助组),109例在局部麻醉下进行传统C臂辅助经皮椎体后凸成形手术治疗(传统透视组),记录患者术中体验评价、骨水泥注射量、手术时间、工作通道建立时间、住院费用及并发症,术后1 d通过影像学评估穿刺偏差与骨水泥渗漏。结果与结论:(1)机器人组59例患者术中体验评价为“非常好”,43例为“好”,16例为“一般”,10例为“差”,4例为“非常差”;传统透视组30例患者术中体验评价为“非常好”,44例为“好”,21例为“一般”,9例为“差”,5例为“非常差”,两组间术中体验评价比较差异有显著性意义(Z=-2.546,P=0.011);机器人组患者术中目测类比评分低于传统透视组(t=-9.513,P=0.000);机器人组、传统透视组愿意在必要时再次接受经皮椎体后凸成形手术的患者分别为84例和47例,组间比较差异有显著性意义(Z=-2.730,P=0.006);(2)机器人组患者手术时间、住院费用均多于传统透视组(t=2.860,P=0.003;t=36.522,P=0.000),工作通道建立时间短于传统透视组(t=-27.066,P=0.000),穿刺精度优于传统透视组(Z=-3.656,P=0.000),骨水泥渗漏率低于传统透视组(χ^(2)=7.284,P=0.007);(3)结果表明,局部麻醉后在机器人辅助行经皮椎体后凸成形手术患者的手术体验较好,具有穿刺精确、工作通道建立时间短、骨水泥渗漏率低的优势。

骨科机器人在临床应用中的分类及优缺点

背景:步入智能时代以来,人们对应用于医疗方面的人工智能技术的研究热情越发高涨。在骨科领域,机器人辅助技术是最具吸引力的人工智能技术之一。经过近40年的发展,机器人辅助技术逐渐成熟,可参与的骨科手术种类逐渐增多,且起到至关重要的作用。目的:总结到目前为止骨科机器人在临床的应用情况,并分析其优缺点。方法:通过对PubMed数据库和中国知网已收录的相关文献进行检索,英文检索词为“robot-assisted technology,surgical robots,orthopaedic robots,robotic arm,orthopaedic,orthopaedic surgery,joint,spine,trauma,bone tumor”,中文检索词为“机器人辅助技术,手术机器人,骨科机器人,机械臂,骨科,骨科手术,关节,脊柱,创伤,骨肿瘤”。按照入选标准进行筛选共得到82篇相关性高的文献。结果与结论:目前机器人辅助技术在临床中的应用比较成熟,可用于大多数骨科手术中,有着不错的临床表现;骨科机器人主要优点包括缓解临床医生的工作压力、减少术中副损伤、缩短辐射暴露时间等,但同时也可能存在手术操作时间延长和术后并发症增加的情况。未来骨科机器人的发展将沿着高智能、低成本、更快捷等方向发展。

基于多关系图注意力网络的社交机器人检测

现阶段社交机器人已经广泛存在于社交平台,社交机器人的存在使得网络上的舆论环境可以被人为操纵,这样不仅损害了绿色和谐的网络环境,同时也导致人们正常的网络生活受到极大影响。现有的检测方法可以分为基于特征、基于文本和基于图的方法,其中基于图数据的检测方法大多忽略了图中关系的异质性,并且由于图神经网络存在过渡平滑现象而不能进行深度检测。针对这一问题,提出基于多关系图注意力网络的社交机器人检测方法,在训练时首先将不同关系下的子图抽取出来,然后对子图中的节点采用注意力机制进行聚合,在不同关系下进行节点表示学习并得到节点表示,最后利用通道注意力融合不同关系下的同一节点得到节点表示;同时采用基于LSTM注意力的后连接操作让节点可以自适应地选择邻域进行聚合,以此来缓解过度平滑现象。在Cresci15,Twibot20和MGTAB这3个数据集上的实验结果表明,与11个模型中评价指标的最优值相比,该模型的准确率分别提升了0.47%,1.19%和0.38%,验证了多关系图注意力网络进行社交机器人检测的有效性。

康复机器人训练脑性瘫痪患者:改善下肢运动功能效果的Meta分析

目的:系统评价康复机器人治疗脑性瘫痪患者下肢运动功能的临床效果,并比较不同机器人的疗效差异。方法:检索PubMed、Web of Science、Embase、Cochrane Library、中国知网、中国生物医学文献数据库、维普和万方数据库,搜集从建库至2024-04-10发表的关于康复机器人治疗脑性瘫痪患者运动功能障碍的随机对照试验。主要结局指标包括肌肉力量,肌张力、平衡功能、步速、步频、步长、步行耐力、下肢运动功能、日常生活活动能力。根据《国际功能、残疾和健康分类》对上述指标进行编码,通过Meta分析评价临床疗效并比较不同机器人的疗效差异。由2名研究人员进行文献检索与筛选,使用Cochrane 5.1.0偏倚风险评估工具对纳入文献进行质量评价。采用RevMan 5.4软件和Stata 16.0软件进行Meta分析。结果:①最终纳入15篇文献,共512例患者,试验组260例、对照组252例。②Meta分析结果显示,与常规康复疗法相比,康复机器人可以提高身体结构和功能(SMD=0.41,95%CI:0.24-0.58,P<0.05)、活动(SMD=0.53,95%CI:0.41-0.65,P<0.05)和参与能力(MD=7.86,95%CI:1.54-14.18,P<0.05)。其中,康复机器人可以改善脑性瘫痪患者下肢肌力、平衡功能、步速、步行耐力、下肢粗大运动功能和日常生活活动能力,但对步频、步长和肌张力的效果不明显。③网状Meta分析结果显示,步速:Innowalkpro>Gait trainer>Lokomat>3DCalt;6MWT评分:Gait trainer>Lokomat>Lokohelp>Innowalkro;GMFM-88D区评分:Lokohelp>Lokomat>KidGo>Innowalkpro>3DCalt;GMFM-88E区评分:Lokomat>Lokohelp>KidGo>3DCalt>Innowalkpro。结论:基于《国际功能、残疾和健康分类》,康复机器人训练可以改善脑性瘫痪患者下肢运动功能和日常生活活动能力。在改善步速方面,Innowalkpro机器人效果更优;在改善6MWT评分方面,Gait trainer机器人效果更优;在改善GMFM-D区评分方面,Lokohelp机器人效果更优;在改善GMFM-E区评分方面,Lokomat机器人效果更优。

脊柱手术机器人治疗脊柱疾病的研究发展趋势及热点剖析

背景:近年来在脊柱外科领域,手术机器人的应用已成为研究热点,但目前中国尚缺乏脊柱手术机器人的的文献可视化分析相关研究。目的:对脊柱手术机器人治疗脊柱疾病的研究热点进行文献可视化分析,以期为中国脊柱手术机器人的研究和发展提供有益的参考。方法:在Web of Science核心集数据库中检索脊柱手术机器人治疗脊柱疾病的相关文献,最终纳入900篇文献。采用VOSviewer 1.6.19软件对纳入文献的发文量、期刊、机构、国家、关键词、共被引文献和高被引文献进行可视化分析。结果与结论:(1)脊柱手术机器人治疗脊柱疾病研究领域的文献呈逐年上升趋势,尤其在2023年达到了发文量的高峰。美国、中国和德国是该领域的研究热点国家。中国国家自然科学基金是该领域的主要资助基金。(2)中国北京积水潭医院和美国特殊外科医院在该领域的研究具有较高的发文量。(3)《World Neurosurgery》《Spine》和《Operative Neurosurgery》是该领域的主要发文期刊。(4)关键词分析显示,研究主要集中在机器人辅助脊柱手术的准确性、微创手术、机器人脊柱手术和导航技术等方面。(5)文献共被引分析结果显示了机器人辅助技术在脊柱手术中具有显著优势,与传统手术相比,脊柱手术机器人如ROSA?Spine,ExcelsiusGPS,Mazor X及TiRobot等,具有高精度导航、精确椎弓根螺钉置入及实时反馈等优点,它们通过减少手术中X射线辐射暴露,降低患者并发症风险,提高手术成功率,显示出其在脊柱外科领域的应用前景。(6)尽管如此,相关技术的应用和精确度仍需不断积累经验以提高;机器人手术技术在降低手术辐射暴露和提高手术精度方面显示出成本效益,但还需深入探讨其在椎弓根螺钉置入过程中的精确度、手术时间影响及经济效益。(7)2021-2024年的高被引文献分析结果进一步显示,目前该领域最新研究热点主要集中在虚拟现实和增强现实技术的应用、机器人辅助椎弓根螺钉置入的准确性提升以及导航机器人脊柱手术平台的应用等。例如,通过创新技术如有机电化学神经元为脑机接口、假肢和智能软机器人技术提供了新的集成方案。同时,虚拟现实和增强现实技术在脊柱畸形矫正等领域展示了广泛应用前景。