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加利福尼亚大学圣克鲁斯
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  • 我们的使命是开发科学、技术 和人力资源界面 机器人、生物系统与医学

    我们的目标是产生实用创新研究技术以及训练有素的研究人员精通科学、工程、生物系统以及机器人技术
产品组合

  • 可穿机器人-Exoskelet

  • Exskeleton机器人由运算符穿戴为正交设备关节和链路对应人机以不同模式操作的系统可用于三大基本应用:人模辅助设备与运算符分享部分外部负载、机组装置和自动理疗

    当前对上肢Exskeleton的研究重点是开发人机接口(生物港)神经肌肉级使用EMG信号作为系统主指令信号下肢Exskeleton研究重点是开发半主动系统提高运算器载荷能力

        • Exskeleton原型1

        • 初始外骨骼机制由双链路双联通设备组成,对应上下臂和肩膀和肘关节系统中包括权位板(外部负载)可连接到Exskeleton前臂链路端机制固定在墙上并定位与运算符人平面并行人/Exskeleton机械接口包括上臂链路和运算符抓取的柄柄双联机制用于单度自由系统,在0-180度范围特定角修补系统肩接合肘接合可自由移动角范围0-145Deg, 并包括内置机械约束,人臂和外骨骼机械连接 人前臂运动和外骨骼运动完全相同
          外骨骼系统辅助装置的基本用意是放大人肌肉比肘接合生成的瞬时,同时操作负载askeleton关节由DCservo电机(ESCAP-35NT2R82)驱动,轮廓托盘360mNm配有行星变速箱(ESCAP-R40),齿轮比为1:193和最大输出托盘40NmhpHEDS5500光化增序编码器与500行连接电机轴因编码器定位和高齿比,编码器测量联合角的实际分辨率为0.0036度搭建中装有DC电机,电量比最高,当时商业市场可用电量消耗电池提供电量。高能量密度电源和高叉对重量比驱动器是Exskeleton系统的两个关键特征,作为自封移动医疗辅助设备面向残疾人社区当前技术对这两个关键组件施加限制,并设计开发紧凑系统的要求,有可能作为残疾人医疗辅助装置使用,有效载荷限制为5千兆克面向生物医学设计并不限制外骨骼概念或操作算法的泛性使用其他激活系统,像液压系统可大大提高负载容量
          exskeleton前臂由带专用连接器连接器连接扩展(外部负载)。双力传感器(TEDEA 1040)安装在Exskeleton和顶端连接外部负载和exskeleton与人手接口第一个负载电池插在握外部负载杆和外骨架链路间,测量实切剪动常态前臂轴,外部负载应用第二加载单元安装在人手抓取柄与前臂外骨架链路之间负载单元测量操作符对句柄应用剪切力感应器乘以相应时段臂表示乘以权数和人手相对肘接合所应用时数

          表面EMG电极(8mmAg-AgclBIOPAC-EL208S)通过粘盘附入对象皮肤测量EMB信号BipsBrachii和TricepsBrachi环管组放大器(BIOPAC-EMG100A)使用2000-5000范围增益因子获取信号(视题目而定)。EGG信号和加载单元信号由A/D分解器获取(科学求解实验室主12位内部PC卡),采样率为1khz,编码器信号由定制硬件计算整个数据集同时记录并存储,供后端脱机分析和模拟使用
          专用实时软件操作系统用C写并运行在PC平台上软件由三大模块组成第一个模块处理硬件/软件接口控制个人机与外部电动机驱动器和传感器通过D/A和A/D卡交互第二模块包括MATLAB-Siminglink实时工具箱生成自动代码第三个模块是用户界面模块,允许设置各种运行时间运算参数所有模块编译并链接生成高效实时软件

        • Exskeleton原型2

        • 第二外骨骼机制由三链路双联设备组成,对应上下臂和人机肩膀和肘关节系统中包括权位板(外部负载)可连接到Exskeleton前臂链路端机制固定在墙上并定位与运算符人平面并行人/Exskeleton机械接口包括上臂链路和运算符抓取的柄柄双联机制被用作二度自由系统手肘和肩接合可自由运动解剖范围机制包括内置机械约束,将外骨骼联合角保留在人类平均人体测量边界内自人臂和外骨骼机械连接后,前臂运动和前臂上臂都和外骨骼完全相同
          外骨骼系统辅助装置的基本用意是放大人肌肉比肘接合生成的瞬时,同时操作负载exskeleton手肘和肩接头由DCservo电机(ESCAP-35NT2R82)驱动,轮廓托盘360mNm配有行星变速箱(ESCAP-R40),齿轮比为1:193和最大输出托盘40NmhpHEDS5500光化增序编码器与500行连接电机轴因编码器定位和高齿比,编码器测量联合角的实际分辨率为0.0036度搭建中装有DC电机,电量比最高,当时商业市场可用电量消耗电池提供电量。高能量密度电源和高叉对重量比驱动器是Exskeleton系统的两个关键特征,作为自封移动医疗辅助设备面向残疾人社区当前技术对这两个关键组件施加限制,并设计开发紧凑系统的要求,有可能作为残疾人医疗辅助装置使用,有效载荷限制为5千兆克面向生物医学设计并不限制外骨骼概念或操作算法的泛性使用其他激活系统,像液压系统可大大提高负载容量
          exskeleton前臂由带专用连接器连接器连接扩展(外部负载)。四重传感器(TEDEA 1040)安装在Exskeleton和运算符界面上,一端端负载,二端负载,二端exkeleton与人手间和上臂与Exskeleton接口上方对接第一个负载电池插在握外部负载杆和外骨架链路间,测量实切剪动常态前臂轴,外部负载应用取人手柄前臂链路和上臂手链路与前臂链路负载细胞测量操作符对机制应用剪切力将传感器测量乘以相应时段表示分数应用权重和人臂相对用肘和肩接合

          表面EMG电极(8mmAg-AgclBIOPAC-EL208S)通过粘盘附入对象皮肤测量EMB信号BipsBrachii和TricepsBrachi环管组放大器(BIOPAC-EMG100A)使用2000-5000范围增益因子获取信号(视题目而定)。EGG信号和加载单元信号由A/D分解器获取(科学求解实验室主12位内部PC卡),采样率为1khz,编码器信号由定制硬件计算整个数据集同时记录并存储,供后端脱机分析和模拟使用
          专用实时软件操作系统用C写并运行在PC平台上软件由三大模块组成第一个模块处理硬件/软件接口控制个人机与外部电动机驱动器和传感器通过D/A和A/D卡交互第二模块包括MATLAB-Siminglink实时工具箱生成自动代码第三个模块是用户界面模块,允许设置各种运行时间运算参数所有模块编译并链接生成高效实时软件

        • Exskeleton原型3

        • 将人和机器人整合到单系统为为健康人和残疾人创建新一代辅助技术提供难得的机会。人自然开发算法控制运动, 但由于肌肉强度有限此外,肌肉弱是大多数神经肌肉疾病和中枢神经系统受伤者残疾的主要原因反之,机器人操作者可执行需要大力的任务人工控制算法无法提供弹性性在各种模糊条件中执行,同时保持与人相同的性能质量将这两个实体即人和机器人合并为受人控制的一个综合系统,似可产生一种解决办法,从每个子系统提供的好处中得益。
          exskeleton机器人起辅助作用,由人穿戴(orthogy)并功能为人标码关节和链路对应人体,驱动者与运算符分享部分外部负载人机界面设置为人类生理层次神经肌肉层次, 使用人体神经指令信号作为Exskeleton主指令信号信号形式为处理面电程信号,由安装者皮肤上的表面电极检测所拟HMI利用电化学机械延迟,从神经系统激活肌肉系统到肌肉生成关节圈时间之间,电化学机机延myo处理器模型 人肌肉实时运行 并同时生理肌肉电化学机械延迟期间,系统将收集生理肌肉神经激活水平信息,基础为处理的sEMG信号、联合位置和角速度,并使用线程处理器预测肌肉在生理收缩前生成的力量等人肌肉收缩后 外骨骼会以协同方式与人移动 允许自然控制外骨骼
          研究的目的是设计、构建并研究由直信令控制的电源外骨骼集成研究将通过以下几个目标实现此目标:(一) 开发8度自由人形外骨骼,包括抓取/解禁HMI神经肌肉级定值,使用经处理sEMG信号向Exskeleton系统发送主命令信号开发肌肉模型预测人臂结开发控制算法整合多传感器信息并保障稳定的Exskeleton操作使用标准手/手功能测试评价综合系统总体性能将利用数项实验协议实现这些目的和目标,开发 myo处理器并评价Exskeleton性能拟议的实验协议仅包括健康对象,作为长期目标的第一步,目的是评价受各种神经机能缺陷的残疾对象的外骨骼性能,如中风、脊髓损伤、肌肉缺陷和其他神经机能失常

          预测拟议研究将提高模拟人类肌肉及其数学配方领域当前知识知识将进一步用于创建小说HMI并使人们更好地了解神经层次人与机器人之间的交互作用此外,拟议研究将提供工具并基本理解开发辅助技术提高残疾人社区生活质量拟科学活动将促进电气工程、机械工程、生物工程和复健医学领域师生间协作

    • 外科机器人学

    • 外科机器人应用先进技术最小侵入性外科和公开外科培训程序研究侧重于下列信托机构:外科机器人、远程操作、客观评估外科性能、模拟和软组织生物机理等相关程序

          • 乌鸦四类编译外科

          • 外科手术传统上以协作方式进行,包括初级外科医生、助手和刷新循环护士外科机器人进操作室改变数十年来完善的动态和交互类型临床核准的外科机器人系统外科手术仍在ORS内,但从病人身体上取出外科医生使用外科控制台可远程操作三种工具并装相机助手可使用另一外科控制台或物理交互机器人替换工具或使用人工操作工具与组织交互

            两位外科医生使用机器人系统与外科站点交互作用的原动态复制需要四臂算出两位外科医生四臂和双眼乌鸦IV外科机器人系统开发于加利福尼亚大学-圣克鲁斯市,它包括四架机器人臂和两台摄像头系统促进两位外科医生协同操作远程传输与外科网站交互每一种外科臂都基于球形机制,远程中心位于工具切入人体点上详细优化外科机器人臂,以最大限度地减少操作场系统足迹,同时在共享工作空间内实现最大可操纵性系统架构允许2个远程位置的2名外科医生使用UDP协议通过商业互联网连接使用单软件客户界面远程操作主工配置机器人美国大陆从几个偏僻地点初步远程操作实验允许两位外科医生协同完成基本腹部外科任务,同时采样速率为1khz

            协同外科手术将继续首选Optandi外科手术,RavenIV展示出它使用外科机器人系统支持该模式的能力

          • 乌鸦外科机器人系统

          • 士兵个人仍然是军队最宝贵的资产,尽管目前强调大规模毁灭性武器和生物战威胁,但当士兵成为伤亡者时满足他们的需要仍然是重中之重。远方战场受伤士兵的需要变化微乎其微 特别是在黄金时变换技术即时护理死难者利用远方部署的外科能力控制腹部血管损伤的后果,是拯救士兵生命的重要契机
            DARPA研究生成的外科机器人正在部署并获得FDA批准,这些机器人开发非常令人振奋,但共享重大限制:大信封、缺机回馈和高成本选择外科机器人适当机制时,我们必须综合外科任务知识、外科环境知识、工具运动学和动态知识,以及激活器属性知识、传输和结构元素知识

            目标/假设
            即今日外科机器人设计方法及其随之而来体积和权重,防止有效部署满足军事需求,并开发出新类型外科机器人机制,机制将大大小于现有设计开发设计理论原型设计 并量化评价 并使用庞大数据库

            特定目标/目标
            1. 测量实验动物实际外科中所有相关力和偏移法,程序、子程序和技术与战死护理中腹部血管创伤最相关
            2. 研究候选机制并开发计算机设计工具,将量化外科需求转换为机制参数
            3. 设计并原型双臂远程操作外科操作器,支持目标1使用目标2方法获取的动作和力/题
            4. 评价实验动物外科原型性能

            学习设计
            四年期项目包括四大并行任务,旨在实现上述目标。机制设计密切基于物理实战测量原型性能在实验和动物外科中评价,范围包括对容器的创伤控制、毒理学、组织焊接、调试和对容器伤害修复包括:侧切容器、净割容器、破碎容器、断层间隔破裂容器

            关联军事健康问题
            近十年来机器人辅助外科概念从高级DARPA资助的原型转至FDA核准的商业技术国防部原创部署战死护理仍不可能实现今日商业和研究外科机器人太大,无法安装进车辆我们拟设计方法通过两个新方面大幅减少现有商业和研究外科机器人的军事劣势1)机械设计需求将出自我们对实战外科量测,以免系统设计超能力2和2,我们将启动点移近外科网站--大幅度减量和权重同时平滑并加速运动响应允许外科机器人首次在前方部署装甲运兵车拥挤空间中救人

            远程操作研究
            乌鸦像外科机器人平台 广度部署于极端环境 远程操作它形成大距离 同时使用有线无线通信通道

          • 红色Dragon

          • 外科新技术开发后,最小侵入性外科大为改善传统医疗程序执行方式新的学习曲线要求拥有将视觉信息与外科工具运动学和动态综合的专业知识

            红DragON多模式模拟教学培训MIS程序允许人用多种模式使用它,包括模拟器(物理对象和虚拟对象)和动物模型红色DRAGON系统基于串行球机制,所有旋转轴单点交叉(远程中心)允许内分解工具分流到MIS端口系统包括两个机制,内含两个互换MIS工具传感器嵌入机制内,工具测量外科工具的位置和方向以及外科医生工具上应用的力量和托盘

            设计基础机制优化,以最大限度地实现MIS工作空间内机制可容性作为初步实验协议的一部分,5名专家级外科医生完成了3项剖析任务 — — 基础拉帕科斯技巧子集(FLS)设定为技能评估协议基准研究结果深入了解内分层工具的运动学和动态学,作为客观评估MSS技能的基本尺度

          • 创伤波德-第一阶段未来操作室

          • 后台外伤波德视觉开发可快速部署机器人系统自主或远程操作方式对战场受伤士兵执行临界急性稳定化和/或外科程序

            方法论项目第一阶段追求这一视觉,开发机器人TP系统并显示其能力,对病人幻影执行选择外科程序

            结果系统证明执行急性稳定程序的可行性,而病人是外科细胞中唯一人远程操作外科机器人由自主机器人臂和子系统支持,这些子系统执行清洗护士和循环护士功能工具变换和提供自动并至少快于护士人工交付跟踪计数自动操作TP系统还包含一个透视X射线设施诊断病人和二维(2D)含氟剖析数据支持干预TP系统生成的大量临床协议自动记录

            结论自动化和远程操作能力构成更全面的急诊断管理平台基础,该平台将在没有外科人员的环境中提供救生护理

          • 机化底镜采集器

          • 精确生物机能特征对使用机能设备开发现实虚拟外科模拟器至关紧要外科仿真技术快速发展,但没有大型软组织机械特性数据库并存此外,测量腹软组织机械性能的大部分研究是在体外、动物和尸体上完成的。模拟技术继续能建模复杂行为,需要开发组织属性数据库以补缺这个问题在最近工作中用各种工具和技术解决。

            原设计反向内分层抓取器改用机动内分层抓取器MEG,使用刷DC电机代之代之代之代之代之代之代之代之代代之代之代之代之代之代之代代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代之代电机附属于开电缆和部分拉风滑轮连接到球网关上 转动电机和滑轮转换成线性翻译电机能生成连续电荷29mnm,但伴之以19:1行星引擎头和部分滑动,将电荷增加至3.98Nm近似外科师前题应用最大值的内分层抓取器回路标准直径仪表可附到底盘架上并插入球网电压感应器嵌入滑轮以提供精确抓取力测量数字编码器附属于电机测位计算机控制通过PC实时提供,使用Siminglink自定义dSPACE用户界面执行的PD控制器MEG是一个重0.7kg(包括抓取器)手控设备,可通过正常内分口插入体中,以执行计算机控软组织静态异压缩(定位控件)

            MEG用一系列静态动态抓取测试测量浮转组织生物机特征:肝脏、脾脏、肺部、胃部、小肠和结肠生成重力变换数据转换为压力阵列,进一步处理以获取弹性模数、爬虫时间常数、压力松动时间常数组织类型特征大相径庭组织属性异性研究

            MEG将帮助提供实事求是模拟数据并验证其他研究人员的结果未来工作将是比较VivoMEG数据与体外MEG和通用测试机数据以观察组织机械性能死后变化

          • 蓝龙

          • BlueDRAGON系统获取运动学和两个内分影工具动态并视觉观察外科场景系统包括附属于内分影工具的两个四栏被动机制四条机制将工具沿端口点旋转转换成机制连接定位传感器当基轴和工具轴交叉端此外,机制轴对齐避免了皮肤和内部组织上应用更多时段,但使用工具有意生成的时段除外。重力应用到外科外科医生手上时机制离中性位置由优化弹簧连接基础和前二相联链接补偿

            两种机制配有三类传感器:(一)定位传感器(多转电压计-MidoriAmericaCorp.)归并到四个机制联合点中,测量位置、方向和翻译附属两台仪器内分解工具双线性电压计附工具控件三轴感应器(ATI-Mini感应器)位于直角工具轴近端,并插入工具控柄以测量手/工具接口抓取力和(三)接触感应器提供工具/问题二分联系BluedragONs传感器测量的数据使用212位国家工具USBA/D卡采样26Hz除数据采集外,同步视图外科切入图形用户界面实时显示数据

      • 多维专题

      • 下表定义生物工程学和生物医学工程研究与教育集群,特别注重人机接口

            • 常视耗时远程操作控制稳定性和运算符性能模拟虚拟实战

            • 研究的目的是研究机能和视觉延时对模拟远程操作任务中运算符性能的影响非同步缓存和视觉延时常见于使用互联网等通信网络(有线和无线)的远程操作任务

            • 中央排导器-训练程序

            • 中静脉导管插入大深脉(也称中心脉管)中颈部、胸部或腹部CVC用于监测异动状态,管理需要高流系统混合或透析的药或邻接性营养置置CVC是最常用程序之一,用于高危病人护理程序设计快速引导医科学生、常住者、看门医生和护士使用中央静脉管标准配置法开发程序与Dr.美嘉南博士Sara Kim组成华盛顿大学模拟和跨专业研究学院

            • 虚拟现实滑雪
              工具滑雪板集成微软XBox

            • 真正的滑雪板附在悬浮机械平台上,用户可以站上滚动板传感器包括附在棋盘上的定位传感器和附在用户带上的多轴加速计允许向Xbox游戏板输入感知力用户戴头机显示器可玩板式Xbox游戏,如用机机运动amped

            • 全Hip联合替换使用最小入侵外科方法

            • THR原型植入技术开发与外科工具并用外科技术最小侵入只使用两个密钥孔,植入式插入句接合并内部扩展THR当前焦点概念适用于其他关节以及其他外科程序,如骨折固定外科

              插件使用最小入侵技术全合置由套接字、干和独有工具组组成

            • Ilio-Lumber固定设备

            • 植入物的目的是通过Ilium生成L4L5和Scraim之间的人工连接,如果L5和Scraim之间的解剖联系因外伤受损植入式/ium接口提供优机械连接比其他直接与sacrum交互作用的植入式高ium连接消除对神经的潜在损害

            • 复方内插件

            • 移植的目的是支持并稳定子列完全或局部破解移植自适应几何可适应各种解剖嵌入长度可以在安装后用特殊工具修改,允许两部分垂直相邻移动顶部和底部板间空间可填充骨分数生长并连接顶部和底脊椎

            • Pelvic板块

            • 植入物的目的是替换外科切除的部分从病人解剖学看,外科医生使用变形薄板作为模板定义外科手术期间板的适当形状植入式变形匹配模版修改几何

            • mATLAB隐藏Markov模型工具箱

            • 隐藏Markov模型工具箱matlab使用函数库M文件,用Matlab脚本语言写出,执行离散版HMM和连续版CHMM