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Needle Steering for Robot-Assisted Insertion into Soft Tissue:A Survey

Chinese Journal of Mechanical Engineering 2012年第4期25卷 629-638页

作者： GAO Dedong LEI Yong zheng haojun State Key Laboratory of Fluid Power and Mechatronic Systems Zhejiang University Hangzhou 310027 China School of Mechanical Engineering Qinghai University Xining 810016 China Department of Precision Instruments and Mechanology Tsinghua University Beo'ing 100084 China

Needle insertion is a common surgical procedure used in diagnosis and *** needle steering technologies make continuous developments in theoretical and practical aspects along with the in-depth research on needle *** is necessary to summarize and analyze the existing results to promote the future development of theories and applications of needle ***,a survey of the state of the art of research is presented on algorithms of needle steering techniques,the surgical robots and *** on the analysis of the needle insertion procedure,the concept of needle steering is defined as a kinematics problem,which is to place the needle at the target and avoid the *** needle steering techniques,including the artificial potential field method and the nonholonomic model,are introduced to control the needles for improving the *** on the quasi-static thinking,the virtual spring model and the cantilever-beam model are developed to calculate the amount of needle deflection and generate the needle *** phantoms instead of the real tissue are used to verify the models mentioned in most of the *** the desired needle trajectories,the image-guided robotic devices and some novel needles are presented to achieve the needle ***,the challenges are provided involving the controllability of the long flexible needle and the properties of soft *** results and investigations can be used for further study on the precision and accuracy of needle insertion.

关键词： needle insertion needle steering robot-assisted needle insertion path planning needle deflection tissue deformation

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Adaptive Walking of a Quadrupedal Robot Based on Layered Biological Reflexes

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Chinese Journal of Mechanical Engineering 2012年第4期25卷 654-664页

作者： ZHANG Xiuli E Mingcheng ZENG Xiangyu zheng haojun School of Mechanical Electronic and Control Engineering Beijing Jiaotong University Beijing 100044 China Department of Precision Instruments & Mechanology Tsinghua University Beijing 100084 China

A multiple-legged robot is traditionally controlled by using its dynamic *** the dynamic-model-based approach fails to acquire satisfactory performances when the robot faces rough terrains and unknown *** animals＇ neural control mechanisms,a control model is built for a quadruped robot walking *** basic rhythmic motion of the robot is controlled by a well-designed rhythmic motion controller（RMC） comprising a central pattern generator（CPG） for hip joints and a rhythmic coupler（RC） for knee *** and RC have relationships of motion-mapping and rhythmic *** sensory-motor models,abstracted from the neural reflexes of a cat,are *** reflex models are organized and thus interact with the CPG in three layers,to meet different requirements of complexity and response time to the *** the basis of the RMC and layered biological reflexes,a quadruped robot is constructed,which can clear obstacles and walk uphill and downhill autonomously,and make a turn voluntarily in uncertain environments,interacting with the environment in a way similar to that of an *** paper provides a biologically inspired architecture,with which a robot can walk adaptively in uncertain environments in a simple and effective way,and achieve better performances.

关键词： legged robot motion control central pattern generator(CPG) biological reflex

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Study on dynamics of central pattern generator for a quadrupedal robot

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High Technology Letters 2007年第4期13卷 356-362页

作者：张秀丽 zheng haojun Department of Mechanical Engineering Beijing Jiaotong University Beijing 100044 P.R.China Department of Precision Instruments and Mechanology Tsinghua University Beijing 100084 P.R. China

Based on Matsuoka＇s central pattern generator （CPG） model and taking quadruped as an example, the dynamics of CPG model was investigated through the single-parameter-analysis method and the numerical simulation technique. Simulation results indicate that the CPG model exhibits complex dynamics, while each parameter has specifically definitive influence trends on the CPG output. These conclusions were applied to control a quadrupedal robot to walk in different gaits, clear obstacle, and walk up- and down-slope successfully.

关键词： quadrupedal robot rhythmic motion central pattern generator (CPG) parameter dynamics

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步行机相交面运动规划

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清华大学学报（自然科学版） 1999年第2期39卷 49-53页

作者：郑浩峻汪劲松陈恳清华大学精密仪器与机械学系

针对步行机的一般结构特征，提出一种步行机在任意夹角相交面上的运动规划，对其在各种不同情况下的相应运动过程分别进行了分析。根据步行机车体姿态调整能力，以最大调整姿态角和最少相交面落足点变化为优化目标，建立了运动模型，同... 详细信息

针对步行机的一般结构特征，提出一种步行机在任意夹角相交面上的运动规划，对其在各种不同情况下的相应运动过程分别进行了分析。根据步行机车体姿态调整能力，以最大调整姿态角和最少相交面落足点变化为优化目标，建立了运动模型，同时确定出最佳初始状态。最后，对几种典型的相交面运动进行了仿真和实验，结果表明，步行机能够成功地实现在不同夹角相交面上的运动。应用该运动规划和优化算法，可以充分发挥步行机灵活的运动能力，大大简化其在相交面上的运动过程。

关键词：步行机相交面运动规划机器人爬壁机器人

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四足机器人高速动态行走中后腿拖地问题研究

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高技术通讯 2011年第4期21卷 404-410页

作者：张秀丽曾翔宇郑浩峻北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044 清华大学精密仪器与机械学系北京100084

进行了用配重法和姿态调整法消除四足机器人Biosbot高速动态行走时由于重心偏置产生的后腿拖地现象的研究。进行的虚拟样机仿真及实物机器人实验验证了这两种方法的有效性。研究发现，配重法使机器人腿关节承受额外负载，极易造成轴联... 详细信息

进行了用配重法和姿态调整法消除四足机器人Biosbot高速动态行走时由于重心偏置产生的后腿拖地现象的研究。进行的虚拟样机仿真及实物机器人实验验证了这两种方法的有效性。研究发现，配重法使机器人腿关节承受额外负载，极易造成轴联接件磨损、变形；姿态调整法效果比较明显，但也存在摆动腿足端回缩、质心回缩振荡等问题，会导致机器人运动速度和行走效率降低，这些问题可以通过提高机器人运动频率得到一定程度的改善。因此，将调整姿态和提高步行频率结合起来，是解决后腿拖地问题的较好方法。

关键词：四足机器人动态行走翻转力矩配重法姿态调整

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针穿刺软组织变形有限元仿真

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计算机辅助设计与图形学学报 2009年第11期21卷 1601-1605页

作者：高德东高宜朋郑浩峻青海大学机械系西宁810016 清华大学精密仪器及机械学系北京100084

为了提高机器人辅助针穿刺精度,提出一种对软组织变形分析的准静态有限元法.该方法基于针受力下软组织变形机理,将软组织变形的连续动态过程分解成离散的准静态过程;采用重叠单元法在ANSYS中建立了软组织变形的二维和三维准静态有限元模... 详细信息

为了提高机器人辅助针穿刺精度,提出一种对软组织变形分析的准静态有限元法.该方法基于针受力下软组织变形机理,将软组织变形的连续动态过程分解成离散的准静态过程;采用重叠单元法在ANSYS中建立了软组织变形的二维和三维准静态有限元模型,并进行了仿真实验.最后通过实验结果验证了该方法的有效性和可行性.

关键词：针穿刺软组织变形准静态有限元法动态仿真

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模块化机器人拓扑重构规划研究

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微计算机信息 2006年第10Z期22卷 1-3页

作者：赵广涛郑浩峻清华大学精密仪器与机械学系

模块化可重构机器人由若干个相同的机器人模块组合装配而成,能够重构成不同的几何形态和结构,从而适应不同的作业任务要求。本论文主要对树状拓扑结构的模块化机器人的重构规划问题进行了研究,定义了构型重构的基本概念,提出了分支重构... 详细信息

模块化可重构机器人由若干个相同的机器人模块组合装配而成,能够重构成不同的几何形态和结构,从而适应不同的作业任务要求。本论文主要对树状拓扑结构的模块化机器人的重构规划问题进行了研究,定义了构型重构的基本概念,提出了分支重构规划算法。这类模块化可重构机器人可以用树状拓扑结构图来描述。机器人的拓扑结构从自由树转化为有根树,然后分解为若干个分支结构,并按一定顺序排列,通过对各个分支结构的逐步比较和操作,完成重构过程。最后选定模块数目,进行了重构规划过程的仿真计算。结果表明,文中所述算法对于树状拓扑结构的模块化机器人的重构规划问题是有效的。

关键词：机器人重构规划可重构模块化拓扑结构

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荒漠环境中电池板表面灰尘颗粒力学模型建立

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农业工程学报 2014年第16期30卷 221-229页

作者：孟广双高德东王珊辛元庆郑浩峻青海大学机械工程学院西宁810016 浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室杭州310027 中国科学技术馆北京100012

高海拔荒漠地区电池板表面积灰严重制约着光伏发电效率和光伏组件寿命。该文在分析表面能的基础上，假设接触不变形条件下，依据宏观分子间作用理论分析提出了电池板表面灰尘颗粒粘附受力模型。结合青海共和地区电池板表面灰尘主要成分... 详细信息

高海拔荒漠地区电池板表面积灰严重制约着光伏发电效率和光伏组件寿命。该文在分析表面能的基础上，假设接触不变形条件下，依据宏观分子间作用理论分析提出了电池板表面灰尘颗粒粘附受力模型。结合青海共和地区电池板表面灰尘主要成分和粒径组成，给出了灰尘受力参数；计算了灰尘颗粒所受的范德华力、静电力及重力，给出由参数改变引起的灰尘受力的变化规律。结果表明：当灰尘颗粒半径较小时，颗粒与电池板间的主要粘附力为范德华力，当灰尘颗粒半径较大时，重力分量则成为主导粘附力，粘附合力取值范围为10-10～10-8 N；Lifshitz常数和分子间平均间距主要影响的是范德华力；灰尘颗粒总的静电力随灰尘颗粒半径的增大而增大，静电力的取值小于范德华力和重力分量。对灰尘粘附受力大小及其规律的研究，为高海拔荒漠地区光伏除尘提供理论依据。

关键词：灰尘颗粒范德华力高海拔荒漠地区电池板受力参数重力

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中国水产养殖装备发展现状

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水产学报 2023年第11期47卷 190-203页

作者：刘世晶李国栋刘晃郑浩君陈军中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所中国海洋大学三亚海洋研究院大连海洋大学航海与船舶工程学院

水产养殖装备是高效发展现代水产养殖，促进水产养殖产业结构改革的重要技术支撑。基于养殖装备、信息技术和自动控制等多学科协同发力的智慧水产养殖模式已成为现代渔业高质量发展的新趋势与重要抓手，这也对水产养殖现有装备及其相关... 详细信息

水产养殖装备是高效发展现代水产养殖，促进水产养殖产业结构改革的重要技术支撑。基于养殖装备、信息技术和自动控制等多学科协同发力的智慧水产养殖模式已成为现代渔业高质量发展的新趋势与重要抓手，这也对水产养殖现有装备及其相关技术提出了更高的智能化要求。本文梳理了池塘、工厂化、网箱、筏式和底播养殖等5种主要养殖方式装备发展现状，从数字化和智能化角度分析了环境监测、对象感知、饲料投喂、分级计数等养殖环节中常用装备的研究进展，指出了制约我国水产养殖智能装备与技术发展的关键问题，提出了“机械化、自动化、智能化”的水产养殖装备与技术发展的新思路，旨在实现我国从水产养殖大国向水产养殖强国的历史转变。

关键词：水产养殖装备机械化自动化智能化

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基于CycleGAN和注意力增强迁移学习的小样本鱼类识别

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农业机械学报 2023年第S01期54卷 296-302页

作者：刘世晶刘阳春钱程郑浩君周捷张成林中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所上海200092 中国海洋大学三亚海洋研究院三亚572011 中国农业机械化科学研究院集团有限公司北京100083 大连海洋大学航海与船舶工程学院大连116023 上海市崇明区水产技术推广站上海202150

围绕水产养殖水下目标精准识别的产业发展需求,针对小样本目标识别精度低、模型算法场景适应能力差等问题,提出一种基于改进循环对抗网络(Cycle constraint adversarial network,CycleGAN)样本扩增和注意力增强迁移学习的小样本养殖鱼... 详细信息

围绕水产养殖水下目标精准识别的产业发展需求,针对小样本目标识别精度低、模型算法场景适应能力差等问题,提出一种基于改进循环对抗网络(Cycle constraint adversarial network,CycleGAN)样本扩增和注意力增强迁移学习的小样本养殖鱼类识别方法。利用水下采样装备收集实际养殖场景和可控养殖场景大黄鱼图像,并以可控场景图像作为辅助样本集。利用CycleGAN为基础框架实现辅助样本到实际养殖场景图像的迁移,并提出一种基于最大平均差异(Maximum mean discrepancy,MMD)的迁移模型损失函数优化方法。在迁移学习阶段使用ResNet50为基础框架,并引入SK-Net(Selective kernel network)注意力机制优化模型对不同感受野目标的感知能力,提升模型对无约束鱼类目标的识别精度。试验结果表明,本文方法有效提升了小样本鱼类目标的识别能力,鱼类识别召回率达到94.33%,平均精度均值达到96.67%,为鱼类行为跟踪和表型测量提供了有效的技术支撑。

关键词：大黄鱼识别循环对抗网络注意力增强 SK-Net 迁移学习注意力机制

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