《深圳先进院腔道手术机器人运动感知与控制研究取得进展》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2018-08-31
  • 中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所微创中心围绕腔道手术机器人运动感知与控制的研究取得新进展,相关论文Deeply-Learnt Damped Least-Squares (DL-DLS) Method for Inverse Kinematics of Snake-Like Robots在Neural Networks期刊(IF=7.197,在132个计算机科学-人工智能领域的SCI期刊中IF排名第七)在线发表。该论文提出了一种基于深度神经网络求解蛇形机器人逆运动学问题的算法,对于高冗余度关节型手术机器人的运动感知和控制具有重要意义。深圳先进院博士生Olatunji Mumini Omisore与研究助理韩世鹏为论文共同第一作者,通讯作者为王磊研究员。

      经血管、消化道等腔道进行手术及放射治疗是医疗机器人领域的研发热点,课题组成员提出了一种基于深度神经网络的阻尼最小二乘法算法,用于求解蛇形机器人的逆运动学。为实现对蛇形机器人末端执行器的精确控制,研究人员采用阻尼最小二乘法计算机器人雅克比矩阵模型中关节矢量变化的误差,并通过迭代获得机器人目标位置所适合的关节矢量。为避免奇异点,研究人员构建了深度神经网络模型并用于预测蛇形机器人工作空间中任意目标点所需的最优阻尼系数。仿真和实验均表明,本方法可高效实现对腔道手术机器人运动的准确感知和快速控制。

      该研究得到了国家自然科学基金-深圳机器人联合基金重点支持“穿戴式精确定位介入手术机器人的力觉感知与导丝操控机理(U1713219)”、CAS-TWAS奖学金、深圳市医疗电子平台提升和小孔雀等项目的资助。

  • 原文来源:http://www.siat.ac.cn/kyjz2016/201808/t20180824_5058820.html
相关报告
  • 《深圳先进院在穿戴式手术机器人信息融合领域取得新进展》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-04-11
    • 中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所微创中心穿戴式手术机器人项目组在信息融合领域取得新进展,相关成果 Towards Characterization and Adaptive Compensation of Backlash in a Novel Robotic Catheter System for Cardiovascular Interventions 近日 被国际生物医学电路与系统领域旗舰刊物 IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems 接收( DOI : 10.1109/TIE.2017.2764870 )。论文的共同第一作者是深圳先进院博士生 Olatunji Omisore 和研究助理韩世鹏,通信作者是王磊研究员。   微创介入手术机器人的精确感知与精准操控有重要的临床意义,是亟待解决的应用基础科学问题。一旦取得突破,将与介入影像学、新型术中成像、虚拟现实导航等方面的最新科研进展相结合,显著提升机器人介入手术的综合治疗水平。与机器人技术的发展相对应,可穿戴技术也在迅猛发展之中。可穿戴技术结合人体生理学与人体工效学原理,综合运用 MEMS 传感器与执行器、低功耗人体传感器网络和医学智能信息获取与交互手段,在小型化、穿戴化发展的同时,提高了设备 / 器械的感知和操控精确度,从而使得通过穿戴式设计来提升微创手术机器人的精确定位能力的想法具有可行性和实际意义。 项目组经过充分的理论研究,提出了一种介入手术机器人反冲补偿的新机制,并对关键控制变量进行了特性化,系统在血管仿体上完成了实验评估,取得了良好的实测效果。   该项研究得到了国家自然科学基金 - 深圳机器人联合基金 重点支持 “ 穿戴式精确定位介入手术机器人的力觉感知与导丝操控机理( U1713219 )” 、国家科技部 863 计划“脑血管实时介入移动式手术机器人( 2015AA043203 )”及中国科学院重点部署等项目和课题的资助,表明深圳先进院在穿戴式人体传感器网络领域科研工作的不断深入和科学目标的进一步拓展 。
  • 《深圳先进院柔软材料表面爬行机器人研究获新成果》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-03-30
    • ,在国家自然科学基金委员会-深圳市人民政府机器人基础研究中心、深圳市科技创新委员会项目资助下,中国科学院深圳先进技术研究院集成所智能仿生中心经过长时间努力,基于Clothbot原型样机成功研究出了其运动控制与姿态调节算法。相关成果Movement Control and Attitude Adjustment of Climbing Robot on Flexible Surfaces(《可在柔软材料表面爬行的机器人运动控制与姿态调节算法研究》)发表在自动化与控制系统顶级期刊IEEE Transactions on Industrial Electronics (IF=7.168)上(DOI:10.1109/TIE.2017.2764870)。   可穿戴机器人是机器人研究领域的重要分支之一,对于促进新型医疗与现代军事作战有重要的意义。在该领域内准确性与鲁棒性是现存的两大技术难点,难点之一在于与柔性材料接触,精确的系统建模难以实现,难点之二在于难以建立鲁棒的系统控制方法及所携带硬件控制器的计算能力受限。   文章作者吴新宇研究员、周翊民副研究员和博士研究生刘佳经过长期调研与实践,成功研究出了用于柔性材料的可穿戴爬行机器人的控制算法,该方法可实现其驱动装置位置控制稳定阶段RMSE=0.432和速度控制稳定阶段RMSE=0.505;同时算法可主动调节其机器人尾部倾角,进而调节夹持机构的夹持量,防止因机器人夹持量增大,卡死在柔性材料表面或者因机器人夹持量减小,脱离柔性材料表面。   吴新宇研究团队是国际上最早研究可穿戴爬行机器人的科研团队之一,也取得了丰硕的研究成果,研制出的三代样机分别命名为Clothbot(2012年),Rubbot(2013年),Clothbot-(2017年)。相关成果System and Design of Clothbot: a Robot for Flexible Clothes Climbing(《Clothbot:一种柔性材料表面爬行机器人系统设计》)发表在2012年机器人领域顶级会议IEEE International Conference on Robotics and Automation(ICRA, IEEE机器人与自动化国际会议)上;Path Planning for Clothes Climbing Robots on Deformable Clothes Surface(《可变形柔性表面爬行机器人路径规划研究》)与Rubbot: Rubbing on Flexible Loose Surfaces(《Rubbot:一种柔性材料爬行机器人》)分别发表在2012年、2013年机器人领域顶级会议IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems(IROS,IEEE智能机器人与系统国际会议)上。此外,理论成果Clothbot-: Dynamical Grasping and Climbing on Soft Cloth也发表在机器人领域的国际会议上。   智能仿生研究中心成立于2006年,由国际著名机器人专家徐扬生院士创建并担任中心主任,吴新宇研究员担任执行主任。中心致力于服务机器人、医疗和康复机器人、智能系统及微型磁控特种机器人等方面的前沿研究。中心牵头建设了广东省机器人与智能系统重点实验室、广东省机器人与智能系统工程技术研究中心及深圳智能机器人工程实验室,与香港中文大学(深圳)共同建设机器人与智能制造国家地方联合工程实验室,并组织策划成立国内首家机器人协会——深圳市机器人协会等行业创新平台。