检索结果-内蒙古大学图书馆

医用生物力学 2025年第1期40卷 148-155页

作者：吕阳陆畅张晓旭陈文明徐鉴复旦大学工程与应用技术研究院上海200433 上海智能机器人工程技术研究中心上海200433 智能机器人教育部工程研究中心上海200433

目的建立从下肢运动学数据估算切向地面反作用力(GRF_t)的数据驱动模型,并从输入数量与估计精度的角度出发选择最合适的输入,以实现在户外步态实验中测量GRF_t。方法利用10名受试者在5个不同坡度(-10°、-5°、0°、5... 详细信息

目的建立从下肢运动学数据估算切向地面反作用力(GRF_t)的数据驱动模型,并从输入数量与估计精度的角度出发选择最合适的输入,以实现在户外步态实验中测量GRF_t。方法利用10名受试者在5个不同坡度(-10°、-5°、0°、5°、10°)下的步态数据,训练反向传播神经网络(backpropagation neural network, BPNN)和多项式稀疏回归(polynomial sparse identification, PSI)模型两种数据驱动模型,用以估算GRF_t。评估8种运动学数据组合与法向地面作用力(GRF_n)作为模型输入的性能结果,以确定最佳的模型和模型输入。结果在相同输入维度下,髋-膝关节角度组合比膝-踝关节角度组合更能准确地估算GRF_t。具体而言,基于前者组合的BPNN和PSI模型预测GRF_t的误差分别为1.61%BW(体重)和1.84%BW,而基于后者组合的模型误差分别为2.82%BW和3.15%BW。将GRF_n与所有关节角度作为输入,模型的预测误差仅为1.46%BW。结论 GRF_n与髋-膝关节角度的组合在计算复杂度和估计精度之间实现了最佳平衡。研究结果有助于实现在室外步态测试中准确估算GRF_t。

关键词：户外步态测试反向传播神经网络多项式稀疏辨识输入筛选地面作用力估计

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不同步态模式下的肌肉协同与大腿截肢者肌肉代偿机制分析

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医用生物力学 2025年第2期40卷 307-315页

作者：周润吕阳张晓旭陈文明徐鉴复旦大学工程与应用技术研究院上海200433 上海智能机器人工程技术研究中心上海200433 智能机器人教育部工程研究中心上海200433

目的探讨健康人和膝上截肢患肢者健侧下肢与残肢在不同步态时肌肉协同的差异,为假肢的肌电控制提供依据。方法采集7位健康人和3位下肢截肢患者在平地行走、上下坡和上下楼梯时7块肌肉(4块大腿肌肉、3块小腿肌肉)的表面肌电信号,通过级... 详细信息

目的探讨健康人和膝上截肢患肢者健侧下肢与残肢在不同步态时肌肉协同的差异,为假肢的肌电控制提供依据。方法采集7位健康人和3位下肢截肢患者在平地行走、上下坡和上下楼梯时7块肌肉(4块大腿肌肉、3块小腿肌肉)的表面肌电信号,通过级联非负矩阵分解(concatenated non-negative matrix factorization,CNMF)提取肌肉协同权重W和时间激活系数H,利用决定系数R2对比W,基于统计参数映射(statistical parametric mapping,SPM)对比H,并选取激活峰值和激活积分进行层次聚类。结果W对比结果显示,健康组和截肢组健肢存在1组相似的协同模式,而残肢侧的协同变异性更高。H比较表明,所有截肢者在整个步态周期上显示出统计学显著差异。时域特征的聚类表明,截肢被试在上坡时健肢侧肌肉需要更大的激活积分和激活峰值。结论本研究深入探讨了下肢截肢者在不同步态的神经肌肉代偿策略,有助于对其步态康复提供理论指导,并助力于开发肌电信号控制的假肢。

关键词：表面肌电肌肉协同非负矩阵分解肌肉代偿大腿截肢者假肢

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切口式单孔腹腔镜连续体手术机器人构型设计和优化

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机械工程学报 2023年第23期59卷 55-67页

作者：潘琪琪罗静静王富豪王洪波复旦大学工程与应用技术研究院上海200433 复旦大学智能机器人教育部工程研究中心上海200433 复旦大学上海智能机器人工程技术研究中心上海200433

针对现有单孔腹腔镜柔性手术机器人刚度不足,负载能力较差及灵活度低等问题,提出了一种切口式连续体机器人机械臂构型设计方案。考虑柔性机器人工作刚度和灵活性难以同时提高这一瓶颈,结合分层理论(Layerwise theory, LWT)及拉格朗日乘... 详细信息

针对现有单孔腹腔镜柔性手术机器人刚度不足,负载能力较差及灵活度低等问题,提出了一种切口式连续体机器人机械臂构型设计方案。考虑柔性机器人工作刚度和灵活性难以同时提高这一瓶颈,结合分层理论(Layerwise theory, LWT)及拉格朗日乘子法对模型构造及尺寸参数进行优化。基于Ⅰ型裂纹模型和应力强度分析,对绳驱机器人的牵引线位限方式进行优化。利用切口式机器人切口间隙和连续体最大可弯曲角度θ的关系图以及有限元分析,提出了切口间距优化策略。通过样机测试验证了各优化方案的可行性和有效性。实验证明,优化后的实验机械臂样机在0.5 N的弯曲反向负载下末端偏移误差在0.5 mm内;在柔性体弯曲角90°的范围内,末端负载0.5 N的偏移量均值为0.27 mm。实验表明提出的优化夹层切口式机器人具有较大的刚度和负载能力,在实际手术场景应用中,柔性体末端受拉或负载器械时仍能够满足所需的姿态要求。

关键词：切口式连续体构型设计柔性段优化

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基于连续可微采样的无人机多向视点规划

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计算机集成制造系统 2024年第3期30卷 1161-1170页

作者：吴华徐肖顺白晓静华北电力大学控制与计算机工程学院电力智能机器人工程技术研究中心北京102206

无人机在各种工业基础设施的自主巡检中,需要为大型复杂待巡检对象设计大量的数据采集航点,以获取高质量的全覆盖影像数据。逐点飞行作业能耗高采集效率低,限制了无人机大规模的工业应用。为了优化飞行作业模式,有效提升巡检效率,针对... 详细信息

无人机在各种工业基础设施的自主巡检中,需要为大型复杂待巡检对象设计大量的数据采集航点,以获取高质量的全覆盖影像数据。逐点飞行作业能耗高采集效率低,限制了无人机大规模的工业应用。为了优化飞行作业模式,有效提升巡检效率,针对已知待巡检复杂设备结构提出一种全新的多向视点规划算法——连续可微采样的无人机多向视点规划算法(MD-VPP)。该方法在满足全面覆盖巡视目标以及数据采集质量要求的前提下,大幅减少航点数量。首先,将云台俯仰角、偏航角和相机成像面积作为约束条件,构建视点采集连续可微的视图质量目标函数,优化求解候选视点集;然后利用贪心算法求解全覆盖待巡检对象的航点位姿。通过实验对比分析了针对不同巡检对象的航点数量和航点数减少率,相比领域内其他优秀方法,所提方法在确保全覆盖的前提下航点数量至少降低77%,极大地提升了无人机单次作业的数据采集效率。

关键词：多视角视点规划全覆盖无人机巡检

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踝关节外骨骼人机耦合动力学与助力性能分析

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力学学报 2022年第12期54卷 3496-3512页

作者：高钰清靳葳徐鉴方虹斌复旦大学智能机器人研究院上海200433 复旦大学智能机器人教育部工程研究中心上海200433 复旦大学上海智能机器人工程技术研究中心上海200433

踝关节在人体下肢运动过程中提供了最大的关节力矩,因此在下肢增强型外骨骼的研究中,踝关节外骨骼受到了重点关注.穿戴外骨骼的人体的行走是典型的动力学问题,但目前人机耦合动力学的相关研究还处于早期阶段.本文以绳驱踝关节外骨骼为... 详细信息

踝关节在人体下肢运动过程中提供了最大的关节力矩,因此在下肢增强型外骨骼的研究中,踝关节外骨骼受到了重点关注.穿戴外骨骼的人体的行走是典型的动力学问题,但目前人机耦合动力学的相关研究还处于早期阶段.本文以绳驱踝关节外骨骼为研究对象,融合机器人正运动学方法和拉格朗日方程建立了考虑足-地交互力、人体关节力矩和外骨骼力矩的人-机耦合动力学模型.模型中,足-地交互力由Kelvin-Voigt模型结合库伦摩擦模型描述,人体关节力矩由基于粒子群优化的PD控制生成,外骨骼期望力矩由上层控制器依据人体步态周期确定.通过基于模型的动力学仿真,本文从人体踝关节角度、踝关节力矩、踝关节功率和踝关节做功多个角度系统分析了踝关节外骨骼对人体行走的助力效果.研究表明,在2.0 km/h到6.5 km/h的人体步行速度下,穿戴外骨骼可以实现至少24.84%的人体踝关节平均力矩下降和至少24.69%的踝关节做功下降.本文也开展了基于SCONE平台的肌肉骨骼建模和预测仿真.仿真结果表明,在3.6 km/h的步行速度下,穿戴外骨骼可以有效降低比目鱼肌的激活度峰值,并使肌电信号的RMS值下降了6.21%,从而从生理学的角度证实了踝关节外骨骼的助力效果.本文的结果进一步完善了人体下肢-外骨骼耦合系统的动力学建模和分析方法,从动力学和生理学角度证实和解释了踝关节外骨骼对行走的助力机制,也为今后下肢外骨骼的实验研究提供了理论支撑.

关键词：下肢动力外骨骼动力学建模人机动力学肌肉骨骼模型肌肉激活度

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基于全面零空间正则化的工业铸件表面图像超分辨率方法

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复旦学报(自然科学版) 2025年

作者：汪柏杨王龑袁鹏张文强复旦大学工程与应用技术研究院上海智能机器人工程技术研究中心复旦大学工程与应用技术研究院智能机器人教育部工程研究中心

图像超分辨率技术在工业场景中被广泛应用，可用于恢复铸件表面细节、增强纹理，并支持异常检测等自动化任务。由于感知-失真权衡的存在，现有的基于回归的图像超分辨率方法虽然能实现较低的失真度，但细节恢复效果较差，会导致明显的... 详细信息

图像超分辨率技术在工业场景中被广泛应用，可用于恢复铸件表面细节、增强纹理，并支持异常检测等自动化任务。由于感知-失真权衡的存在，现有的基于回归的图像超分辨率方法虽然能实现较低的失真度，但细节恢复效果较差，会导致明显的模糊；而基于生成的图像超分辨率方法虽能提升感知质量，却容易引入不真实的伪纹理。为解决上述问题，重建具有真实丰富细节的铸件超分辨率图像，本文提出了一种基于全面零空间正则化的图像超分辨率方法。该方法通过引入零空间约束，分别在先验提取层面、纹理生成层面和训练层面对扩散模型进行全面的正则化约束，在保留扩散模型强大的细节生成能力的同时，约束其生成忠实于原图的细节纹理。实验表明，本文提出的方法在工业铸件表面图像超分辨率数据集上取得了优越的性能，并能有效提升后续工业异常检测任务的精度。

关键词：图像超分辨率工业异常检测正则化约束扩散模型

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基于改进快速行进平方法的多移动机器人聚集路径规划与控制

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动力学与控制学报 2023年第12期21卷 96-106页

作者：黄斌俞凯文周柏李方虹斌复旦大学智能机器人研究院上海200433 复旦大学智能机器人教育部工程研究中心上海200433 复旦大学上海智能机器人工程技术研究中心上海200433

针对多移动机器人聚集的路径规划与控制问题,本文提出了基于改进快速行进平方法的路径规划策略.首先,运用分段函数改进了速度图,实现了更安全、更高效的路径规划,可以将快速行进网格地图上的速度映射到真实机器人速度上,并且减少传统快... 详细信息

针对多移动机器人聚集的路径规划与控制问题,本文提出了基于改进快速行进平方法的路径规划策略.首先,运用分段函数改进了速度图,实现了更安全、更高效的路径规划,可以将快速行进网格地图上的速度映射到真实机器人速度上,并且减少传统快速行进平方法在回溯路径过程中产生的冗余路径;接着,针对多移动机器人聚集过程总能耗最小、聚集点附近空间最大、聚集队形约束下的聚集过程总能耗最小三种任务需求,分析设计不同的目标函数,给出多移动机器人的聚集点和对应规划路径,展示本文方法的有效性以及在不同场景下的适用性.最后,在车辆动力学模型基础上,使用模型预测控制以改进后的快速行进网格地图上的速度作为机器人参考速度进行了轨迹跟踪仿真实验,实现结果显示跟踪误差减小,验证了本文改进速度场的有效性,可适用于真实环境下多移动机器人聚集路径规划与控制.

关键词：快速行进平方法多移动机器人聚集路径规划模型预测控制

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模块化可重构机器人动力学研究进展

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动力学与控制学报 2023年第1期21卷 1-17页

作者：周柏李方虹斌徐鉴复旦大学智能机器人研究院上海200433 复旦大学智能机器人教育部工程研究中心上海200433 复旦大学上海智能机器人工程技术研究中心上海200433

模块化可重构机器人由于其构型多变,运动形式丰富等特点,可以在非结构化环境或未知环境中执行任务,在最近几年迅速成为机器人研究领域的前沿和热点.模块化可重构机器人在军事、医疗、教育等众多工程领域具有广泛的应用前景,其典型代表... 详细信息

模块化可重构机器人由于其构型多变,运动形式丰富等特点,可以在非结构化环境或未知环境中执行任务,在最近几年迅速成为机器人研究领域的前沿和热点.模块化可重构机器人在军事、医疗、教育等众多工程领域具有广泛的应用前景,其典型代表包括仿生多足模块化机器人、模块化可重构机械臂、晶格式模块化机器人等.模块化可重构机器人丰富的构型设计、多样的连接特征、不断拓展的应用范围,给动力学建模与控制带来了很多挑战和机遇.本文首先阐述了模块化可重构机器人的研究背景和意义,并概述了其构型分类与设计、构型描述与运动学建模方法.随后,本文系统回顾了模块化可重构机器人动力学研究中相关问题的最新进展,包括:(1)系统整体动力学建模;(2)结合面以及对接机构动力学建模;(3)基于动力学模型的控制方法.本文最后提出了模块化可重构机器人动力学研究中若干值得关注的问题.

关键词：模块化可重构机器人构型分类动力学建模结合面建模动力学控制

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无人机平飞下激光雷达和双目视觉融合的SLAM建图

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计算机应用与软件 2024年第4期41卷 192-199页

作者：吴秉慧董志岩翟鹏张立华复旦大学工程与应用技术研究院上海200433 上海智能机器人工程技术研究中心上海200433 智能机器人教育部工程研究中心上海200433 季华实验室广东佛山528000

针对无人机在较快运动下使用单一传感器难以有效构建地图的问题,提出一种基于LiDAR与双目融合的建图方法。利用LiDAR获取远处环境信息,提取物体的边界信息减少数据冗余,实现预先地图的构建;使用双目获取近处的信息,同时利用改进的特征... 详细信息

针对无人机在较快运动下使用单一传感器难以有效构建地图的问题,提出一种基于LiDAR与双目融合的建图方法。利用LiDAR获取远处环境信息,提取物体的边界信息减少数据冗余,实现预先地图的构建;使用双目获取近处的信息,同时利用改进的特征金字塔法以实现特征快速提取,与LiDAR预建地图并行计算提高运行效率;最后将视觉特征与LiDAR预建地图融合构建二维地图。实验表明,该方法在无人机不同速度下可构建可靠性更高、更精确的环境地图,可为快速无人机的实时避障提供位置信息。

关键词：无人机同时定位与地图构建传感器融合特征提取金字塔法

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基于间接编码的形态自适应机器人神经网络控制器设计

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计算机应用与软件 2023年第4期40卷 60-67页

作者：孙福磊魏秉晟甘中学李伟复旦大学工程与应用技术研究院上海200433 上海智能机器人工程技术研究中心上海200433 智能机器人教育部工程研究中心上海200433

为解决传统机器人神经网络控制器只适用于特定形态的问题,提出一种基于间接编码的渐进式方法来生成控制器。该方法使用进化计算实现,不针对特定形态设计控制器,而是寻找机器人形态和控制器之间的映射关系,控制器能够自适应形态的变化。... 详细信息

为解决传统机器人神经网络控制器只适用于特定形态的问题,提出一种基于间接编码的渐进式方法来生成控制器。该方法使用进化计算实现,不针对特定形态设计控制器,而是寻找机器人形态和控制器之间的映射关系,控制器能够自适应形态的变化。实验通过机器人传感器失效来模拟机器人形态的改变。实验结果表明:当机器人某个传感器失效时,相比于常规的直接编码,使用间接编码的渐进式方法生成的控制器性能更好,表现出更好的健壮性,具有一定的形态自适应能力。

关键词：机器人控制进化计算间接编码形态变化健壮性

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