基于K210视觉粒子滤波SLAM算法的医疗机器人分析及其对社会影响.pdf

本刊特稿基于K210视觉粒子滤波SLAM算法的医疗机器人分析及其对社会影响彭伟坚，叶玲霞？（1.广东海洋大学机械与能源工程学院，广东阳江52 9 50 0；2.广东海洋大学电子与信息工程学院，广东湛江5524000)新潮电子第2 2 期（总第553期）摘要：作为新时代科技发展的产物，医疗机器人在我们的日常生活中越来越常见。本文主要分析了基于视觉粒子滤波SLAM算法的医疗机器人的发展现状以及未来的发展趋势，并且得出结论，基于视觉粒子滤波SLAM算法的医疗机器人的发展潜力大，医用机器人技术的进步对未来社会的各个方面的发展起到了重要的影响。关键词：医疗机器人；发展现状；发展趋势一、医用机器人的发展现状（一）医用机器人的介绍与分类随着科学技术的不断发展，在医学领域内，医用机器人技术也在不断发展和完善。医用机器人是指用于各个医院或者诊所医疗或者辅助医疗的机器人。医疗机器人是一种智能型服务机器人，人们事先将程序编写完毕并录入机器人，接着医用机器人就可以按照编定好的程序完成相应的医疗动作。根据用途的不一样，医疗机器人可以成为医用手术机器人、送药机器人、护理机器人、医用教学机器人。机器人学是一门极具神秘色彩的学科之一，旨在于帮助人们克服一些重大的挑战。在医用机器人领域，最近的几十年中，其技术也是得到巨大的发展。相应的研究成果也不断出现在人们的视野中。下面介绍两种常见的医疗机器人。1.腹腔镜机器人腹腔镜机器人是医疗机器人领域中发展最成熟的技术之一。根据美国的有关数据统计，腹腔镜机器人在学术、医疗临床、商业等方面上均取得较为不错的成绩。特别是在临床方面，该机器人可以完成膀胱癌切除、直肠癌切除等高难度手术。根据其有关的年度报告，2 0 2 1年，腹腔镜机器人完成了近2 0 0 万台手术程序。并且，腹腔镜机器在多方面邻域又有新的研究，例如：自动化手术、开放平台、机器人视觉可视化、传感器的使用等。2.康复机器人康复机器人主要是为神经损伤后的肢体提供重复运动治疗，从而能够恢复运动能力的一种机器人。康7复机器人的研究领域主要集中在外形装置的设计与开发、人机交互、控制算法等方面。随着神经学的不断发展进步，康复机器人也取得越来越大的发展。康复机器人的治疗效果也在不断地提高。脑电图EEG、表面肌电图的使用、“自我喂食”功能的实现都将康复机器人带上一个全新的高度。不止以上的研究技术与成果。现在的医用机器人还取得其他的重要的突破，比如：辅助穿戴式机器人结合人工智能技术为残障人士提供帮助、胶囊机器人与医用采血机器人运用语音视觉识别技术能够实现精准投放药品与采集血样。（二）医用机器人未来发展趋势1.更加注意产品的人际交互、传感器的使用随着现代信息网络技术不断进步与发展，人工智能、脑机交互、AR/VR、大数据技术不断发展。将进一步提高医用机器人与患者的交互水平，增加传感器的使用能让医用机器人对周围的物体与环境表现得更敏感。2.纳米级别机器人的广泛应用相比传统机器人帮助人类，纳米级别的机器人更具有扩展的实力。从安全、效率、成本上看，纳米级机器人具有更大的优势。但是，现在我国的纳米机器人发展水平并不高，未来发展还需要走一段很长的路。二、基于粒子滤波 SLAM算法及其应用于医疗机器人SLAM是一种机器人技术，它使机器人能够在未知环境中自主导航。SLAM算法的目的是通过融合机器人的运动和测量信息构建及更新机器人所在环境的地图。第2 2 期（总第553期）典型的SLAM算法包括基于激光的SLAM和基于视觉的SLAM。基于激光的SLAM算法利用激光雷达或激光扫描仪来测量距离和形成地图，而基于视觉的SLAM算法则利用相机或视觉传感器来捕捉图像并形成地图。SLAM算法主要分为两个阶段：定位阶段和建图阶段。定位阶段负责跟踪机器人的位置和姿态变化，而建图阶段则负责构建和更新地图。(一)传统SLAM算法SLAM算法的假设的物体的运动环境都是静态或者低速运动状态的情况。然而，现实世界是复杂多变的。当环境中存在运动的物体的时候，就会给医用机器人的工作和运动带来误差，同时降低系统的精度和鲁棒性，虽然目前，人们可以通过RANSAC算法（随机采样一致性）的外点处理机制解决部分异常点对算法的影响，但是当动态物体占据空间的大部分时，依然会影响位姿跟踪。但是对于精度要求非常高的医用机器人，需要进一步优化。因此，需要检测运动的物体、剔除动态区域的特征点，降低优化位姿的权重，减少对视觉定位的影响。人身上为动态特征点，要尽可能地去除。图1传统SLAM算法规划图(二）基于视觉粒子滤波的 SLAM算法想要操控一个机器人，可以简单地分为以下3个层次：底层、通信层、决策层。底层图2 操控机器人的3个层次本文仅讨论使用基于视觉粒子滤波的SLAM算法搭建的决策层。基于视觉粒子滤波的SLAM算法是在机器人身上安装OpenMv、K 2 10 等相机或者视觉传感器来获取图像并且通过粒子滤波算法进行构图.新潮电子1.K210的优缺点K210摄像头是一款高性能的图像传感器，能够实现高质量的图像和视频录制。下面将介绍K210摄像头的优缺点。(1)K210摄像头具有优秀的图像传感能力。它采用高清晰度的CMOS传感器，能够捕捉细节丰富、色彩鲜艳的图像。无论是拍摄静态图片还是录制视频，K210摄像头都能提供清晰、锐利的图像效果。(2)K210摄像头具有较高的性能稳定性。它采用先进的图像处理技术，能够快速、稳定地处理图像信号，避免图像模糊、噪点等问题。同时，K210摄像头还具备较高的顿率，可以实现流畅的视频录制和实时图像传输。（3）K 2 10 摄像头还具备较小的体积和轻便的特点。它非常适合应用于小型机器人。即使对于微型机器人，K210摄像头都可以轻松携带，方便拍摄精彩瞬间。然而，K210摄像头也存在一些缺点。首先，由于其较小的体积，K210摄像头的镜头容量有限，无法实现较长焦距的图像获取。其次，K210摄像头的低光性能相对较弱，在暗光环境下的拍摄效果可能不如预期。综上所述，K210摄像头是一款高性能、稳定的图像传感器，适用于各种场景下的拍摄和录制。它具有优秀的图像传感能力、高性能稳定性以及便携的特点。当然，我们也要注意其一些缺点，例如镜头容量有限和低光性能相对较弱。但总体来说，K210摄像头是一款功能性较强的摄像头。2.粒子滤波算法粒子滤波算法是寻找一组在状态空间传播的随机样本对概率密度函数进行近似，以样本均值代替积分运算(状态方程)，从而获得状态最小方差分布的过程。粒子滤波的主要过程：初始化阶段：规定粒子数量，将粒子平均地分布在规划区域。初始化阶段需要人为标出图片中人脸范围或者使用人脸识别算法识别出人脸区域。对于SLAM来说，规划区域一般用来进行定位的地图，在初通信层决策层本刊特稿始化时，将需要设置的特定数量粒子均匀地撒满整张地图。转移阶段：对所设定的粒子进行状态转移方程的状态估计。每个粒子将会产生一个与之相对应的预测粒子。这一步与卡尔曼滤波方法相同，只是卡尔曼是对一个状态进行状态估计，粒子滤波是对大量样本（每8本刊特稿个粒子即是一个样本）进行状态估计。决策阶段：对预测的粒子进行评价，即对粒子进行赋权处理，越接近真实状态的粒子，其权重越高、相反，其权重越小。K210会返回机器人周围的信息，从而进一步对粒子进行赋权处理。重采样阶段：根据粒子的权重对赋权的粒子进一步进行筛选处理滤波：将重采样后的粒子带人状态转移方程得到新的预测粒子，然后将它们继续进行上述转移、决策、重采样过程，经过这种循环迭代，最终绝大部分粒子会聚集在与真实值最接近的区域内，从而得到机器人准确的位置，实现定位。地图生成：利用滤波后的粒子构建地图。初始化阶段转移阶段决策阶段重采样阶段滤波地图生成图3滤波过程通过上述的步骤，可以为医疗机器人搭建地图，解决非线性滤波问题中随机量对机器人的影响，还可以用于解决SLAM问题。粒子滤波算法有以下的优点：（1）粒子滤波算法能够处理非线性和非高斯的系统模型。相比于传统的卡尔曼滤波算法，粒子滤波算法更加灵活，能够适应复杂的系统模型。这使粒子滤波算法在机器人定位和导航中具有更广泛的应用性。（2）粒子滤波算法能够处理多模态的状态估计问题。在机器人定位和导航过程中，存在多个可能的状态，传统的滤波算法往往无法准确估计这些状态。而粒子滤波算法通过引入一组随机样本（即粒子），能够有效表示系统的多个可能状态，从而提供更准确的9新潮电子状态估计结果。(3)粒子滤波算法具有自适应性。在实际应用中，机器人所处的环境和系统模型可能会发生变化，这会对定位和导航的准确性产生影响。粒子滤波算法能够根据观测数据的变化自动调整粒子的权重分布，从而适应系统的变化，保持较好的定位和导航性能。（4）粒子滤波算法具有并行计算的优势。在实际应用中，机器人需要实时进行定位和导航，而传统的滤波算法往往需要进行复杂的矩阵运算，计算量较大。粒子滤波算法中的粒子是独立采样的，可以并行计算，从而提高算法的运行效率。（5）粒子滤波算法具有良好的鲁棒性。在机器人定位和导航过程中，存在各种不确定性因素，如传感器噪声、环境变化等。粒子滤波算法通过引人多个粒子，能够有效地减小这些不确定性的影响，提高算法的鲁棒性。综上所述，粒子滤波算法应用于机器人定位和导航具有许多优点，包括能够处理非线性和非高斯的系统模型、处理多模态的状态估计问题、具有自适应权重大性、并行计算优势以及良好的鲁棒性。这些优点使粒保留子滤波算法成为机器人定位和导航领域中的重要算法之一。三、医用机器人对社会发展的影响剔除医疗机器人的发展背景可以追溯到2 0 世纪7 0 年权重小代，当时科学家们开始尝试利用机器人技术来辅助和增强医疗工作。随着科技的进步和人工智能的发展，医疗机器人逐渐成为现实，并在近年来取得显著的进展。近年来，医疗机器人对社会的影响日益显现。首先，医疗机器人的出现使医疗资源的分配更加合理。通过机器人的协助，医疗人员可以更高效地工作，提高工作效率，缓解医护人员的压力，机器人可以自动执行一些重复性任务，如数据收集、检测和监测，从而使医护人员能够更集中地处理更复杂的任务，提高整体医疗效率。其次，医疗机器人的应用使手术和治疗更加精确和安全。机器人可以提供精确的操作和高清晰度的视觉，有效减少手术风险和并发症的发生，提高手术成功率。此外，医疗机器人还可以帮助患者进行康复训练，提高康复效果，改善生活质量。医疗机器人的应用可以减少医疗服务的成本。一方面，机器人可以减少手术时间、减少手术风险，从而降低手术费用。另一方面，机器人可以提高医疗效率，减少医护人员的工作量，从而降低人力成本。另一个方第2 2 期（总第553期）第2 2 期（总第553期）电气与油化试验综合判断设备故障浅谈张展宇（国网汉中供电公司，陕西汉中摘要：电气设备的绝缘缺陷具有一定的先兆性，因此在电气设备出现绝缘缺陷的前期，通过电气高压试验和设备内的绝缘油的色谱分析或油的简化分析，综合进行判断就能初步确定设备内部的绝缘缺陷。防止设备绝缘事故的发生，保证电网的安全运行。关键词：绝缘；高压试验；油化；综合分析；判断及早检出缺陷，使电气一次设备安全运行，提高供电可靠性是电力部门关注的重要问题，绝缘油中溶解气体分析技术对监测油浸式变压器、互感器及电抗器内部潜伏性故障及其发展程度十分有效，而电气高压试验则是对变电一次设备的老化和受潮缺陷，以及导电回路的接触缺陷进行检测 。在19 9 7作者简介：张展宇（19 8 4一），男，汉族，陕西洋县人，主要研究方向：输配电运行及故障分析。新潮电子年颁布执行的新电气设备预防性试验规程中，把绝缘油的色谱分析放在首位 2 。通过近几年来我在绝缘监督工作中的实际经验，总结了根据电气及油化试验进行变电一次设备故障的确定及定位的几种方法：一、介损与绝缘油简化试验进行综合判断(一）电气设备介损测量可以发现的设备缺陷设备的普遍受潮，绝缘油或固体有机绝缘材料的普遍老化，而对小容量设备还可以发现局部缺陷。(二）绝缘油的简化试验发现的缺陷绝缘油的杂质、游离碳、水分、酸价KOH/mg克本刊特稿723000)面，医疗机器人的应用创造更多的就业机会，医疗机器人的应用可能会减少某些医疗岗位的需求，但是它也会创造新的就业机会。例如，机器人的维护和操作需要专业人员，同时还需要开发和改进机器人技术的研究人员。然而，医疗机器人的发展也面临一些挑战和问题。首先，高昂的成本限制了医疗机器人的普及和应用。其次，机器人的技术和算法需要不断改进和优化，以适应不同的医疗场景和需求。此外，机器人的应用也引发了一些伦理和法律问题。医疗机器人的应用对医疗行业的法规和监管提出新的挑战。相关机构需要制定相关法规和标准，以确保机器人的安全性、可靠性和合规性。此外，还需要建立机器人的责任和追责机制，以应对潜在的风险和责任问题。医疗机器人的应用涉及大量的数据收集和处理。因此，隐私和数据安全问题成为关注重点。相关法律法规需要确保机器人处理个人健康信息时的合法性、安全性和保密性，以保护患者的隐私权。与此同时，医疗机器人的应用可能引发责任和纠纷问题。如果机器人在操作过程中出现错误或事故，谁来承担责任？相关法律需要明确机器人的责任界定和追责机制，以保护患者和医疗机构的合法权益。总体而言，医疗机器人的发展为医疗领域带来新的机遇和挑战。随着技术的进步和应用场景的扩大，医疗机器人有望进一步提高医疗质量和效率，改善人类健康。它们的应用有助于提高医疗效率、降低医疗成本，并带来新的就业机会。但同时也需要制定相关法规和标准，解决隐私和数据安全问题，并明确责任和纠纷解决机制，以推动医疗机器人的健康发展。参考文献：1汪静.医疗机器人的应用优势及其在诊疗领域的设计创新 .大众标准化,2 0 2 2(16):9 7-9 9.2李贞.医疗机器人，应用场景广 N.人民日报海外版,2 0 2 2-0 7-0 1(0 0 8).3 何润韬.基于K210的口罩人脸检测与测温系统设计 J.中国科技信息,2 0 2 3(11):7 4-7 6,7 9.10