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用于日常体表监测的三维脊柱形态测量技术

生物医学工程学杂志 2020年第5期37卷 809-817页

作者：张经惠沈林勇宋薇谭梦婷杨长伟上海大学机电工程与自动化学院上海200444 上海长海医院骨科上海200433

为了便于对人体的三维脊柱形态进行日常体表监测,本文提出一种利用“单相机,多视角”的方式构造立体视觉的脊柱形态测量方法。该方法通过移动单个相机使其从多个角度采集带有棘突标志点的人体后背图像,并基于“张正友标定法”和双目立... 详细信息

为了便于对人体的三维脊柱形态进行日常体表监测,本文提出一种利用“单相机,多视角”的方式构造立体视觉的脊柱形态测量方法。该方法通过移动单个相机使其从多个角度采集带有棘突标志点的人体后背图像,并基于“张正友标定法”和双目立体视觉的三角测距原理,求解出所有图像间两两对应的空间转换矩阵和标志点的三维坐标,由此推算出用于评估脊柱形态的脊柱评估角。试验结果表明,本文方法所得脊柱评估角误差在±3°之内,结果与X线片测量法所得的柯布(Cobb)角相关性达0.871。本文采用视觉检测算法,无放射性,且无需预先设定相机的拍摄位姿,操作简单。本文的研究成果可用于开发基于手机平台的智能监测系统,将适用于社区、学校、家庭等多种场合下的脊柱侧凸普查和患者的长期随访,为医生诊断病情、预测病情发展趋势、制定治疗方案提供参考。

关键词：脊柱形态柯布角立体视觉体表监测

一种基于近场子集划分的多机器人任务分配算法

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机器人 2021年第5期43卷 629-640页

作者：宋薇高原沈林勇章亚男上海大学机电工程与自动化学院上海200444

针对医护人员重复、机械地配送医疗物资工作效率低的问题,使用了多机器人进行替代,并提出了一种基于"任务地点"近场子集划分的多机器人群体智能任务分配算法。首先采用蚁群算法对任务集进行有序排列,形成一条近场相关的任务链。然后根... 详细信息

针对医护人员重复、机械地配送医疗物资工作效率低的问题,使用了多机器人进行替代,并提出了一种基于"任务地点"近场子集划分的多机器人群体智能任务分配算法。首先采用蚁群算法对任务集进行有序排列,形成一条近场相关的任务链。然后根据任务完成的时间和机器人的路径成本设计目标优化函数,利用遗传算法对该任务链进行子集划分,再将任务子集分配给机器人个体。最后模拟了医院病房的应用场景,设计并搭建了一套多机器人医疗物资运输分配系统。用户在该系统的操作平台上,通过可视化界面能够实时发布新任务,查看已发布任务的分配情况,以及查看机器人的路径。基于该模拟实验平台,对3种不同的任务分配算法进行对比分析,结果是本文算法的分配结果最为合理,所有任务都在规定的时间内完成,机器人的行驶距离大幅缩短。所提出的多机器人任务分配算法可有效解决医疗环境中医疗物资的配送问题,提高了系统的工作效率。

关键词：多机器人系统任务分配任务链优化蚁群算法遗传算法

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利用应变片实现曲线形状的实时检测

机器人 2004年第3期26卷 204-206页

作者：沈林勇陈建军钱晋武章亚男上海大学机电工程与自动化学院上海200072

介绍了一种实时检测曲线形状的方法 .利用了柔性杆表面某一点的应变与这一点的曲率成正比这一特点 ,通过应变片来实时检测柔性杆表面若干点的应变 ,从而获得这些点上的曲率 .随后由计算机根据柔性杆上这些离散点的曲率 ,将柔性杆形状曲... 详细信息

介绍了一种实时检测曲线形状的方法 .利用了柔性杆表面某一点的应变与这一点的曲率成正比这一特点 ,通过应变片来实时检测柔性杆表面若干点的应变 ,从而获得这些点上的曲率 .随后由计算机根据柔性杆上这些离散点的曲率 ,将柔性杆形状曲线实时地绘出。

关键词：结肠镜实时检测应变片曲线形状光纤传感器

基于FBG传感网络的新型内窥镜形状实时检测系统

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机械工程学报 2006年第2期42卷 177-182页

作者：张伦伟钱晋武章亚男沈林勇上海大学机电工程与自动化学院上海200072

通过基于光纤光栅(FBG)传感网络的内窥镜空间形状实时检测系统的搭建,提供了一种新型的内窥镜形状的感知手段。针对内窥镜形状感知的具体要求,进行了光纤光栅大曲率传感器原理研究以及微小尺寸光纤光栅传感网络设计。在不改变内窥镜的... 详细信息

通过基于光纤光栅(FBG)传感网络的内窥镜空间形状实时检测系统的搭建,提供了一种新型的内窥镜形状的感知手段。针对内窥镜形状感知的具体要求,进行了光纤光栅大曲率传感器原理研究以及微小尺寸光纤光栅传感网络设计。在不改变内窥镜的结构的前提下,将光纤光栅传感网络介入其固有手术钳道,通过传感网络感知内窥镜上多个离散点空间曲率变化,利用离散曲率形状重建算法重构出内窥镜形状。在此基础上搭建了智能内窥镜实时形状感知系统,给出了数据处理方法和动物试验结果。

关键词：光纤光栅结肠镜空间形状传感网络

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帕金森病患者步态测量与定量分析

中国康复医学杂志 2014年第7期29卷 637-641页

作者：文龙钱晋武沈林勇章亚男上海大学机电工程与自动化学院上海200072

目的:提取帕金森病患者步态运动学和时空参数,通过实验分析找到可以作为步态量化评估的特征参数,为医生提供康复评估的依据。方法:本文采用基于刚体的虚拟标识点方法在受试者下肢解剖学关键点设置标识点获取其步态信息。受试者被分为开... 详细信息

目的:提取帕金森病患者步态运动学和时空参数,通过实验分析找到可以作为步态量化评估的特征参数,为医生提供康复评估的依据。方法:本文采用基于刚体的虚拟标识点方法在受试者下肢解剖学关键点设置标识点获取其步态信息。受试者被分为开机组(DBS ON),关机组(DBS OFF)和对照组(Control),运动捕捉仪记录受试者多个步态周期的虚拟标识点三维坐标。提取包括关节角度、支撑相比率、双支撑相比率、步态周期时间、步频、步长和步速等在内的步态运动学及时空参数。对三组步态特征参数进行单因素一元方差分析。结果:各组间下肢各关节角度变化范围、支撑相比率、双支撑相比率、步长和步速差异均有显著性(PDBS ON>Control)。结论:基于刚体的虚拟标识点可以准确测量人体步态。提取出的关节角度变化范围、支撑相比率、双支撑相比率,步长和步速均可作为帕金森病患者康复评估的依据。

关键词：帕金森病步态测量步态分析定量分析运动学康复评估

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光纤光栅曲线重建算法中的曲率连续化研究

仪器仪表学报 2016年第5期37卷 993-999页

作者：肖海章亚男沈林勇钱晋武上海大学机电工程与自动化学院上海200072

在医疗内窥镜形状检测方面,传感器的定位精度对病灶的诊断和手术方案的制定起到了关键性的作用。本文在基于利用大长度的光纤光栅曲率传感器进行形状重建的方法上,对抛物、正弦和反正切形式下的理论曲线和实际曲线弧段中的曲率连续化方... 详细信息

在医疗内窥镜形状检测方面,传感器的定位精度对病灶的诊断和手术方案的制定起到了关键性的作用。本文在基于利用大长度的光纤光栅曲率传感器进行形状重建的方法上,对抛物、正弦和反正切形式下的理论曲线和实际曲线弧段中的曲率连续化方法进行了优化性研究,提出了三次样条曲率连续化方法。经过实验数据分析得出在算法优化后,对接近光纤光栅弯曲极限的实际曲线弧段中,X、Y方向上使用三次样条曲率连续化法后的坐标点平均拟合精度能够相对提升4.8%和2.2%,成功对二维曲线重建进行了精度改进。同时,曲线的重建响应时间为19 ms,能够满足实时性要求。

关键词：光纤光栅形状重建曲率连续化算法优化

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面向工业零件的机器人单目立体匹配与抓取

机器人 2018年第6期40卷 950-957页

作者：宋薇仇楠楠沈林勇章亚男上海大学机电工程与自动化学院上海200072

为实现通用性强、快速、准确的工业机器人6自由度零件抓取,提出了一种基于单目视觉引导的零件3维抓取方法.首先,采用按倾角分层的Chamfer距离匹配算法建立图像与待匹配模板的相似度函数,并运用爬山法局部优化的遗传算法搜索最优匹配结果... 详细信息

为实现通用性强、快速、准确的工业机器人6自由度零件抓取,提出了一种基于单目视觉引导的零件3维抓取方法.首先,采用按倾角分层的Chamfer距离匹配算法建立图像与待匹配模板的相似度函数,并运用爬山法局部优化的遗传算法搜索最优匹配结果;然后,通过CAD(计算机辅助设计)模型建立离线3D模板库,将匹配算法拓展到适用于复杂结构零件的空间6自由度位姿检测;最后,由各坐标系间的矩阵转换和系统标定得到机器人的抓取信息,从而实现零件的3维抓取.实验结果表明,优化后的位姿检测算法在匹配速度和准确性上均有所提升,且基于该检测算法的机器人3维抓取实验的位置误差在2 mm以内、转角误差在2?以内,可用于工业智能机器人的零件抓取.

关键词：单目视觉工业机器人零件抓取 Chamfer距离 CAD模型匹配

基于阻抗控制的步行康复训练机器人的轨迹自适应

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机器人 2011年第2期33卷 142-149页

作者：文忠钱晋武沈林勇章亚男上海大学机电工程与自动化学院智能机械与系统实验室上海200072

把阻抗控制理论运用到步行康复训练机器人系统中,使用基于位置的阻抗控制模型设计了系统的控制器.提出基于阻抗模型的步态轨迹自适应算法,并分析了系统的误差.在建立的SolidWorks、Matlab、Adams虚拟样机联合仿真平台上进行了主动康复... 详细信息

把阻抗控制理论运用到步行康复训练机器人系统中,使用基于位置的阻抗控制模型设计了系统的控制器.提出基于阻抗模型的步态轨迹自适应算法,并分析了系统的误差.在建立的SolidWorks、Matlab、Adams虚拟样机联合仿真平台上进行了主动康复训练的仿真实验,并在实物样机上进行了健康训练者的实验.结果表明,该控制器能够实现机器人根据人机交互作用力的变化不断调整步态轨迹,适应患者的步态要求,并可通过调节阻抗参数改变步态自适应程度和训练的柔顺性,满足患者主动参与康复训练的目的.

关键词：步行康复训练机器人阻抗控制步态轨迹自适应联合仿真

下肢外骨骼矫形器的动力学建模与运动控制研究

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高技术通讯 2009年第3期19卷 267-272页

作者：冯治国钱晋武章亚男沈林勇上海大学机电工程与自动化学院智能机械与系统实验室上海200072

对用于步行训练的下肢外骨骼矫形器的动力学与运动控制进行了研究。首先利用拉格朗日法建立了下肢外骨骼矫形器在跑步机上双足步行的动力学模型;在此基础上,设计了实现下肢外骨骼矫形器的轨迹跟踪控制的计算力矩加比例微分反馈控制系统... 详细信息

对用于步行训练的下肢外骨骼矫形器的动力学与运动控制进行了研究。首先利用拉格朗日法建立了下肢外骨骼矫形器在跑步机上双足步行的动力学模型;在此基础上,设计了实现下肢外骨骼矫形器的轨迹跟踪控制的计算力矩加比例微分反馈控制系统,并采用Lyapunov方法,分析了控制系统在建模存在误差情况下的稳定性和收敛性;最后,在Adams-Matlab虚拟样机协同仿真平台上进行了下肢外骨骼矫形器的步行仿真实验,结果表明该控制方法对下肢外骨骼矫形器的轨迹跟踪控制是有效的。

关键词：外骨骼矫形器动力学模型计算力矩控制轨迹跟踪