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基于多目标优化算法的大量程涡流传感器探头优化设计

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仪表技术与传感器 2024年第5期 1-6,11页

作者：吴盟袁杰王坤东雷华明上海交通大学电子信息与电气工程学院

在大量程涡流位移传感器测量系统中,探头线圈的几何参数直接关系到整个测量系统的性能。针对大量程涡流位移传感器探头线圈的优化设计,提出了一种基于多目标优化算法的设计方法。首先,通过COMSOL有限元仿真软件建立传感器探头模型,计算... 详细信息

在大量程涡流位移传感器测量系统中,探头线圈的几何参数直接关系到整个测量系统的性能。针对大量程涡流位移传感器探头线圈的优化设计,提出了一种基于多目标优化算法的设计方法。首先,通过COMSOL有限元仿真软件建立传感器探头模型,计算不同参数下线圈的归一化灵敏度和分辨力;其次,采用BP神经网络建立归一化灵敏度、分辨力与线圈参数之间的模型;最后,利用遗传算法进行多目标优化,获得最佳线圈参数。实验结果表明:优化后的传感器线圈,其归一化灵敏度与分辨力分别提高了0.02/mm和0.94μH,证明了所提出优化算法可以有效提升涡流传感器探头的性能指标。

关键词：涡流传感器大量程线圈参数神经网络多目标优化

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蠕动内镜在摩擦力作用下胃肠道的大形变

上海交通大学学报 2009年第4期43卷 653-657,662页

作者：王坤东颜国正上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240

构建了肠道软组织的测试平台,利用不同材料加工了不同表面形状的试块,测试了这些试块在肠道内滑动时的摩擦黏附特性,推导了摩擦力理论计算公式.使用平面准线性粘弹性方程的单轴简化形式,建立了摩擦力作用下肠道的极限变形模型.结合器件... 详细信息

构建了肠道软组织的测试平台,利用不同材料加工了不同表面形状的试块,测试了这些试块在肠道内滑动时的摩擦黏附特性,推导了摩擦力理论计算公式.使用平面准线性粘弹性方程的单轴简化形式,建立了摩擦力作用下肠道的极限变形模型.结合器件的几何、物理参数进行了极限变形的影响因素及敏感性分析.结果表明,胃肠道内器件的摩擦力主要来自于摩擦、黏附两部分,肠道变形与器件的质量、表面形状、材料、体积等密切相关.该研究对蠕动内镜的机构设计和运动控制能提供理论参考.

关键词：内镜肠道摩擦力阻力计算大变形

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仿蚯蚓蠕动微机器人牵引与运动控制

机器人 2006年第1期28卷 19-24页

作者：王坤东颜国正上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200030

为进入人体腔道开展作业,开发了一种直径6mm的仿蚯蚓多关节蠕动微机器人样机.机器人使用十字万向节连接直线驱动器,在弯曲腔道中能自适应改变自身姿态.基于Pre isach模型和偏转模型,提出了形状记忆合金偏转机构的前馈控制方案,头舱控制... 详细信息

为进入人体腔道开展作业,开发了一种直径6mm的仿蚯蚓多关节蠕动微机器人样机.机器人使用十字万向节连接直线驱动器,在弯曲腔道中能自适应改变自身姿态.基于Pre isach模型和偏转模型,提出了形状记忆合金偏转机构的前馈控制方案,头舱控制最大偏转误差为2.6.°基于新型蠕动原理,建立了牵引模型,给出了有效驱动的条件.对机器人的牵引力、运动速度、在不同摩擦系数介质表面上的运动能力、头舱姿态进行了试验.结果表明,机器人的爬坡能力依赖于机器人和运动表面间的摩擦系数,新型蠕动原理能提供较大的牵引力,合适的驱动频率下可以得到最大的运动速度.

关键词：仿蚯蚓微机器人 Preisach模型牵引模型

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磁性液体用于倾角测量的传感特性

上海交通大学学报 2014年第8期48卷 1183-1188页

作者：蔡少川王坤东三明学院物理与机电工程系福建三明365004 上海交通大学信息检测与仪器系上海200240

分析了磁性液体液滴在对称梯度磁场中的受力特性,阐明了倾角测量原理,设计了传感和信号处理电路,并进行了实验台架的搭建和灵敏度、分辨率的初步测试.最后,对产生误差的几种因素进行了分析.结果表明,磁性液体用于倾角测量是可行的,为后... 详细信息

分析了磁性液体液滴在对称梯度磁场中的受力特性,阐明了倾角测量原理,设计了传感和信号处理电路,并进行了实验台架的搭建和灵敏度、分辨率的初步测试.最后,对产生误差的几种因素进行了分析.结果表明,磁性液体用于倾角测量是可行的,为后续可能的样机研制奠定了基础.

关键词：铁磁液滴传感特性信号处理电路初步测试

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蠕动式微机器人结肠镜系统及模型

上海交通大学学报 2006年第11期40卷 1955-1959页

作者：王坤东颜国正上海交通大学仪器工程系上海200240

研制了一种新型的基于蚯蚓蠕动原理的内窥镜机器人,可用于微创无创肠道诊疗.机器人直径和长度分别为9.5和120 mm,由自行研制的直线电磁驱动器驱动.详细介绍了样机的结构、运动原理和控制系统,建立了与爬坡能力相关的力学模型,给出了有... 详细信息

研制了一种新型的基于蚯蚓蠕动原理的内窥镜机器人,可用于微创无创肠道诊疗.机器人直径和长度分别为9.5和120 mm,由自行研制的直线电磁驱动器驱动.详细介绍了样机的结构、运动原理和控制系统,建立了与爬坡能力相关的力学模型,给出了有效牵引的数学条件表达式,并对表达式的有效性进行了试验验证.建立了在粘弹性肠道中的受力模型,研究了牵引效率、临界步距,并进行了离体肠道试验.该研究为机器人结肠镜的临床应用奠定了基础.

关键词：微机器人结肠镜肠道爬坡能力牵引效率离体试验

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基于被动柔顺性的机器人位置/力控制

中国机械工程 2006年第7期17卷 661-665页

作者：王坤东颜国正鄢波上海交通大学上海200030

为了精确控制具有被动柔顺性末端执行器的平面多关节机器人,提出了一种被动关节与主动关节分离的外环位置/力串行控制策略。位置/力控制策略分析表明,基于被动柔顺性的机器人可以通过主动关节控制实现被动柔顺末端的弱控制。基于此,提... 详细信息

为了精确控制具有被动柔顺性末端执行器的平面多关节机器人,提出了一种被动关节与主动关节分离的外环位置/力串行控制策略。位置/力控制策略分析表明,基于被动柔顺性的机器人可以通过主动关节控制实现被动柔顺末端的弱控制。基于此,提出了先进行位置控制,然后保持位置不变进行力控制的串行控制策略,既实现了位置/力的独立控制,又解决了被控参数的冲突问题。基于几何法,进行了逆运动学求解。在MATLAB7.0平台上仿真研究了分度角分别为0、30°、60°与90°时的轨迹扫查情况,表明位置与力控制都能够快速收敛并满足一定的精度。在实际的系统上,进行了扫查试验,结果表明提出的控制策略是切实可行的。

关键词：被动柔顺性机器人位置/力控制仿真

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基于视觉的微机器人结肠镜运动导航

高技术通讯 2006年第4期16卷 372-376页

作者：王坤东颜国正左建勇上海交通大学电子信息学院上海200030

设计出一种用形状记忆合金驱动的头部转动机构和一种基于视觉的控制算法，用其进行了微机器人结肠镜在肠道内的自主导航研究。建立了转动机构模型，推导出记忆合金弹簧位移和偏转角度之间的关系。针对人体腔道内图像特点,使用腐蚀生长... 详细信息

设计出一种用形状记忆合金驱动的头部转动机构和一种基于视觉的控制算法，用其进行了微机器人结肠镜在肠道内的自主导航研究。建立了转动机构模型，推导出记忆合金弹簧位移和偏转角度之间的关系。针对人体腔道内图像特点,使用腐蚀生长法找到腔道中心，反推出头舱的偏转角度和记忆合金弹簧位移。基于Preisach模型,提出了记忆合金驱动的前馈控制算法,进行了数字仿真和猪大肠内离体试验。结果表明，控制算法偏转误差小于2.6°，具有良好的实时性.该系统灵活可靠、控制方便,为主动式无创诊疗内窥镜的临床应用奠定了基础。

关键词：微机器人结肠镜导航视觉控制系统样机

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宫颈癌荧光图像色彩特征分析与病变判别研究

生物医学工程学杂志 2011年第2期28卷 268-272页

作者：徐晓敏刘祖良王坤东上海电机学院经济管理学院上海200245 上海交通大学信息检测与技术系上海200240

人体黏膜的固有荧光图像特殊的颜色能够提示早期的癌变,为早期诊断提供了一种新型的技术手段。本研究对获取的宫颈癌荧光图像首先进行了色彩的特征分析和提取,在此基础上利用分区统计计算出各区的GRB分量,提取G/R作为病变判别指标,并进... 详细信息

人体黏膜的固有荧光图像特殊的颜色能够提示早期的癌变,为早期诊断提供了一种新型的技术手段。本研究对获取的宫颈癌荧光图像首先进行了色彩的特征分析和提取,在此基础上利用分区统计计算出各区的GRB分量,提取G/R作为病变判别指标,并进行了稳定性分析。

关键词：固有荧光图像宫颈癌 G/R 特征

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无缆式微机器人内窥镜系统的研制及离体实验

高技术通讯 2007年第12期17卷 1244-1249页

作者：叶东东颜国正王坤东马官营上海交通大学电子信息学院精密工程及智能微系统研究所上海200240

研制了一种用基于直流电机的直线驱动器实现机器人仿蚯蚓蠕动的无缆式微机器人内窥镜系统。该系统由无线通信控制模块、PC机、微机器人、无线能量传输控制器和无线能量发射线圈组成,用无线方式来实现人机通信和能量传输,解决了传统机器... 详细信息

研制了一种用基于直流电机的直线驱动器实现机器人仿蚯蚓蠕动的无缆式微机器人内窥镜系统。该系统由无线通信控制模块、PC机、微机器人、无线能量传输控制器和无线能量发射线圈组成,用无线方式来实现人机通信和能量传输,解决了传统机器人内窥镜拖缆带来的肠壁损伤问题。研究工作包括微机器人的运动原理分析,无线能量传输简化模型的建立,无线能量传输原理的推导,以及系统离体实验的实施。实验表明:该微机器人的直线驱动器最大输出力为2.55N,机器人在能量传输范围内驱动电压稳定,满足系统运行要求。微机器人在离体猪结肠和小肠内运行均平稳、可靠。机器人摄像通信模块能够实时拍摄并传送出肠道内壁的图像。该研究为进一步实现人体全肠道无创诊疗奠定了基础。

关键词：无线能量传输肠道微机器人摄像通信.