一种骨外科手术机器人的图像导航方法

精确目标定位和手术路径规划是将机器人用于长骨骨折内固定手术中的关键技术．文中使用了局部法对X光图像进行畸变校正；并提出了一种基于几何模型的对准方法，得到一条能够穿过髓内钉远端孔的路径，从而引导串联机器人锁定髓内钉．实验表明，该导航方法仅需一张X光图像，有足够的定位精度和稳定性，可大大减少手术时间，降低医生所受辐射剂量．     

RSSS-II 脊柱手术机器人系统开发及其实验研究

手术机器人应用于脊柱手术中,辅助医生完成脊柱手术中钉道定位、钻钉道等操作,有助于降低医生工作强度,保证了手术操作的精确性、稳定性和安全性.文章针对椎弓根钉内固定术,设计研制了脊柱手术辅机器人系统RSSS-Ⅱ.首先,从脊柱手术的临床需求出发,充分考虑术中安全性、手术区域覆盖范围、患者术中摆位以及对机器人占地空间等多方面因素,设计六自由度串联式手术机械臂以及力反馈钻骨装置.其次,以椎弓根钉内固定术中准确定位为目的,对机器人导航定位所涉及的关键技术展开研究,构建了图像导航定位系统.最后,通过精度测试实验和离体样本骨实验,对关键技术及系统的精度、安全性等进行原理性验证.实验结果显示,脊柱手术机器人系统RSSS-Ⅱ能满足手术对精度的要求.     

一种骨外科手术机器入的图像导航方法

精确目标定位和手术路径规划是将机器人用于长骨骨折内固定手术中的关键技术.文中使用了局部法对X光图像进行畸变校正;并提出了一种基于几何模型的对准方法,得到一条能够穿过髓内钉远端孔的路径,从而引导串联机器人锁定髓内钉.实验表明,该导航方法仅需一张X光图像,有足够的定位精度和稳定性,可大大减少手术时间,降低医生所受辐射剂量.     

骨科机器人空间设计方法研究

在分析骨科临床手术环境中各类空间的基础上，用带有约束激活函数的集合对临床空间进行了描述．采用机器人占有空间、医生占有空间、手术对象空间、手术器械占有空间、机器人工作空间、机器人有限灵活空间、误差敏感系数等概念，结合骨科临床手术环境，提出了骨科机器人空间设计的内容和方法．通过空间设计，合理使用骨科机器人的有限灵活空间，可以提高机器人的手术精度，简化机器人的结构，增加机器人的安全可靠性．最后，以双平面骨科机器人的空间设计为例，验证了方法的可行性．     

基于超长波与对称分布天线阵的管道机器人定位技术

分析了管道机器人定位系统的工作原理,研究了超长波发射器的电磁场分布,建立了参数化的数学模型．采用对称分布的超长波信号接收天线阵．提出了非线性和线性两种定位算法,实现了地下或水下未知管道内机器人的空间定位．通过工业现场实验,验证了定位系统与定位算法的有效性;其平面定位误差小于15cm,满足管道作业、管道检测等工程任务的需求．     

计算机辅助骨科手术机器人技术发展及应用综述

肌肉骨骼系统在人体运动中起着至关重要的作用,这个系统的疾病通常会导致严重的长期残疾,是影响人类健康和活动能力的关键因素。计算机辅助骨科手术机器人系统已成为临床骨科中最重要和最具挑战性的系统之一,因为它们能够使用现代临床导航系统和机器人系统精确治疗肌肉骨骼疾病,具有有效降低辐射、减少医生体力等优势,成为解决传统骨科疾病的最佳选择之一。通过对机器人在骨科手术中的应用分析,重点介绍了骨科机器人的机构设计、导航技术、机器人控制、交互技术以及骨-机器人连接技术。在导航技术中,利用CT扫描设备获取图像和光学跟踪装置进行导航已成为主流。在机器人控制和交互技术中,既有遥操作,也有自动控制。借助文献梳理,进一步讨论了目前计算机辅助骨科手术机器人系统存在的问题及其未来发展。     

基于术中X线片的髓内钉远端孔深度学习定位方法

通过深度特征提取与髓内钉孔轴线深度回归,基于术中2张不同角度X线片,提出一种精准定位髓内钉远端孔的方法.首先通过目标检测算法提取X线片中的髓内钉轮廓,使用深度神经网络预测远端孔轴线在二维成像平面中的投影;然后根据双平面相交的方法,初步确定远端孔的空间位姿;最后利用髓内钉轮廓信息,使用协方差矩阵自适应进化策略算法进行位姿迭代修正.将所提方法计算得到的远端孔轴线与真实远端孔轴线进行比较的实验结果表明,在模拟环境中,两轴线平均距离误差为0.34 mm,平均角度误差为0.35°;在临床环境中,两轴线平均距离误差为0.68 mm,平均角度误差为0.72°.该方法能够满足髓内钉手术中远端孔精准定位的临床需求,可有效地提高髓内钉远端锁钉术中定位效率.     

一种用于锁定髓内钉的新型计算机辅助整形外科系统

介绍了一套用于整形外科的全自动机器人系统．该系统中的并联机器人取代了传统的复位工具,并提出了一种简单、准确的基于几何模型的对准方法,得到一条能够穿过髓内钉远端孔的三维路径,引导串联机器人锁定髓内钉．实验结果表明,该系统有足够的定位精度和稳定性,并可以大大减少手术所需时间．     

磁传感系统在室外移动机器人导航中的研究

详细介绍了室外移动机器人磁导航系统中磁钉材料、形状及尺寸的选择原则．在分析各种磁传感器特性的基础上，选择HMC1022型磁阻传感器作为磁信号的检测元件．利用13个磁阻传感器，形成了用于检测磁钉磁场的磁尺．磁尺安装在车辆前保险杠上相对地面比较高的位置，解决了应用霍尔传感器等进行磁导航时安装高度比较低的问题．提出了一种改进的序列算法，根据相邻传感器的比值，通过设定阈值来细分区间，从而获得了更精确的磁定位结果．实验结果验证了改进序列算法的精确测量特性．     

基于ROS平台的移动机器人自主导航技术研究

针对移动机器人传统的室内环境导航方法比较单一,无法适应多场景等问题,本文将传统的基于ROS平台的Navigation功能框架的导航方法与AprilTag标签算法相结合进行导航系统的设计。该系统采用Gmapping算法和AMCL算法分别完成环境建图与机器人定位,然后通过Navigation功能框架获取环境地图与机器人位姿信息进行路径规划,并且在此基础上结合AprilTag标签算法进行机器人的导航设计。实验结果表明,该系统构建的环境地图精度较高,能够实现对机器人的有效定位,且Navigation功能框架与AprilTag标签相结合的导航系统能更好地适应多场景。     

单目视觉移动机器人导航算法研究现状及趋势

拥有自主导航能力的移动机器人在救灾、家政等人类生活中使用得愈加广泛。单目视觉导航算法作为机器人视觉导航中的一种,具有成本低、距离不受限的优势,但仍存在尺度不确定性和初始化问题。该综述根据对移动机器人的运动性质研究,主要从障碍检测、空间定位、路径规划三个方面对单目视觉导航技术进行了模块化分析,并以单目视觉导航算法的关键技术迭代与发展为脉络,对各模块的典型算法进行分析,从速度、准确性、鲁棒性等方面对不同算法进行综合性评比,并对算法存在的主要问题与难点进行剖析,结合人类对移动机器人能力的需求和移动机器人的技术状态对单目视觉导航技术的未来发展趋势进行预测。     

分布式视觉机器人导航中的定位算法研究

生物启发的无线复眼导航技术是新型的机器人导航方案,将分布在环境中的分布式智能代替了传统的集中式智能。蒙特卡洛定位是近来流行的机器人自主定位算法,将这种算法应用在分布式视觉传感器机器人的定位中,并针对多视觉传感器观测值的最优选择,提出了一种分布式的基于熵的观测量选择方法,目的是选择那些对提高定位精度更有效的观测信息,在保证定位精度的前提下,提高了定位的实时性和可靠性。仿真实验结果证明了这种算法的可行性。     

基于Paden-kahan子问题的冗余度机器人运动学求解

针对7DOF机器人的逆运动学求解问题,提出了一种可提高运动控制精度的混合算法.这种算法使用 旋量理论来描述机器人的运动.它首先求出对运动学性能指标进行优化的速度级逆解;然后固定一个特殊关节,将 问题转化为非冗余度机器人的运动控制,应用Paden-Kahan子问题法得到逆运动学封闭解.通过仿真实例,证实了 这种混合算法的有效性.     

分布式视觉机器人导航中的定位算法研究

生物启发的无线复眼导航技术是新型的机器人导航方案,将分布在环境中的分布式智能代替了传统的集中式智能。蒙特卡洛定位是近来流行的机器人自主定位算法,将这种算法应用在分布式视觉传感器机器人的定位中,并针对多视觉传感器观测值的最优选择,提出了一种分布式的基于熵的观测量选择方法,目的是选择那些对提高定位精度更有效的观测信息,在保证定位精度的前提下,提高了定位的卖时性和可靠性。仿真实验结果证明了这种算法的可行性。     

基于GPS的仿生六足机器人实时导航定位

根据微小型仿生六足机器人的作业任务和工作环境要求,搭建一套基于嵌入式数字信号处理器TMS320VC 5509A DSP和Superstar II GPS接收板卡的机器人导航系统。采用Marconi Binary串行数据传输标准协议采集全球定位系统(GPS)的定位数据,提出用切面投影定位法对GPS提供的定位数据进行坐标转换,并根据转换后的结果对仿生六足机器人的航迹进行修正。实验结果表明该导航定位系统具有良好的实时性和定位精度。     

Monocular Vision for Mobile Robot Localization and Autonomous Navigation

This paper presents a new real-time localization system for a mobile robot. We show that autonomous navigation is possible in outdoor situation with the use of a single camera and natural landmarks. To do that, we use a three step approach. In a learning step, the robot is manually guided on a path and a video sequence is recorded with a front looking camera. Then a structure from motion algorithm is used to build a 3D map from this learning sequence. Finally in the navigation step, the robot uses this map to compute its localization in real-time and it follows the learning path or a slightly different path if desired. The vision algorithms used for map building and localization are first detailed. Then a large part of the paper is dedicated to the experimental evaluation of the accuracy and robustness of our algorithms based on experimental data collected during two years in various environments.     

激光测距在移动机器人自主导航中的应用

移动机器人在运动范围内需要有足够的传感器信息可供利用来进行自主导航,在完全未知的环境中,由机器人依靠其自身携带的传感器所提供的信息建立环境模型是机器人进行自主定位和导航的前提之一。介绍了激光测距在移动机器人自主导航中的应用研究;通过二维测距传感器对其周围环境进行扫描,提出了自主导航中地图创建、定位如何用二维扫描获得三维数据流的算法描述,并实验验证该算法的运用使机器人获得一个很好的三维视觉结构图。     

Cadaver study for spinal fusion surgery using an image-guided surgical robot system

We present a novel surgical robotic system for spinal fusion that includes a computer-based planning algorithm, O-type bi-planar fluoroscopy, and a surgical robot. The planning system determines a surgical path based on fluoroscopy images or a 3D image reconstructed using pre-operative CT data. The robot guides the surgical path that the surgeon generates with the planning system. In this cadaver study, we tested the performance of the robotic system in the treatment of eight lumbar vertebrae by comparing CT images recorded before and after surgery.