摘要：主成分分析网络(PCANet)是一个基于简化的卷积神经网络的深度子空间学习模型。针对PCANet算法应用于焊缝缺陷检测时无法体现数据完整结构信息、对噪声较敏感等问题,在PCANet的基础上提出一种鲁棒非贪婪双向二维PCANet(RNG-BDPCANet)焊缝缺陷在线检测方法。RNG-BDPCANet在范数距离度量标准下,利用双向二维主成分分析作卷积核,并采用非贪婪策略得到目标函数最优的整体投影矩阵,对离群值具有较强的鲁棒性。最后,在自建的焊缝人工数据集、ORL和Yale B人脸数据集上分别进行实验。结果表明,所提出的算法在分类性能方面得到显著提高,具有较强的鲁棒性能。

摘要：近年来针刺领域功能磁共振成像(fMRI)研究数量不断增加,但由于腧穴选择、针刺手法以及样本量等差异,致使研究间结果分散、针刺共性规律不明的问题越发凸显。笔者以针刺治疗中风后运动障碍(PSMD)相关f MRI研究为例,引出并介绍了整合相关研究结果、提取共性规律的fMRI元分析技术:基于图像的元分析(IBMA)和基于坐标的元分析(CBMA)。鉴于CBMA的可实施性更高,故重点说明了3种可用的CBMA方法,即激活似然估计(ALE)、核密度分析(KDA)和基于种子的d映射(SDM);并以开展CBMA的注意事项、操作流程为切入点,对研究的fMRI类型、任务设计、分析方法以及开展fMRI元分析的整体思维考量过程进行了系统梳理,整理成图表,旨在帮助读者能够快速、方便、相对系统地对其中抽象复杂的理论和实战信息进行了解和理解,为其今后更深入地学习和应用起到抛砖引玉的作用。

摘要：[目的]构建一种同时预防猪流行性腹泻病毒(PEDV)、猪传染性胃肠炎病毒(TGEV)和猪德尔塔冠状病毒(PDCoV)的三联表位疫苗,以预防上述病原导致的猪的相关疾病。[方法]本研究运用免疫信息学在线软件对3种猪肠道冠状病毒(SeCoVs)的S蛋白B、T细胞表位进行预测分析,构建新的表位肽段,命名为PPT,通过ExPASy、VaxiJen、TMHMM、SOPMA、SOLpro和AlphaFlod2等在线软件对PPT进行生物信息学分析,并利用C-IMMSIM在线软件对其免疫反应进行模拟。通过T2A将PPT与PEDV的COE序列、TGEV的SAD序列及PDCoV的CTD序列连接并构建至真核表达载体pEGFP-N1,经PCR和双酶切鉴定正确后,将获得的重组质粒转染HEK293A细胞,经DAPI染色、CCK8、RT-PCR及Western blotting试验验证重组质粒在体外表达情况。[结果]构建的表位蛋白PPT由17条表位肽段组成,经生物信息学软件分析,该蛋白为非跨膜蛋白,结构稳定,具有抗原性和可溶性,亲水性高,无过敏性。C-IMMSIM结果显示,PPT能引起机体树突状细胞(DC)增加,B、T细胞免疫反应,刺激免疫球蛋白IgG、IgM和细胞因子γ-干扰素(IFN-γ)、白细胞介素-2(IL-2)水平升高。重组质粒经PCR和双酶切鉴定结果显示,分别在3359、2375、1064、944、764和467 bp出现特异性目的条带,与预期相符;重组质粒转染HEK293A细胞后,可见绿色荧光;RT-PCR扩增分别在3359、2375、1064、944、764和467 bp处获得与目的基因大小相符的条带;CCK-8检测结果表明,重组质粒对细胞均无明显毒性作用;Western blotting检测结果显示,分别在31.7、16.1、37.9和27.5 ku处出现与目的蛋白分子质量大小一致的条带,重组质粒成功在HEK293A细胞中表达。[结论]本研究基于计算机软件分析设计的PPT表位蛋白成功构建三联疫苗,且在体外表达,为评价PEDV-TGEV-PDCoV三联表位疫苗的免疫效果提供依据。

摘要：针对制造企业数据/知识与设计业务融用不足、产品动态需求适应性差、设计响应周期长等现实问题,提出一种数据驱动的产品自适应设计方法。阐述了该方法的概念、内涵、原理和关键技术。基于产品自适应设计原理和关键技术,构建了螺旋输送机产品自适应设计平台,该平台融合与螺旋输送机产品设计相关的海量数据,通过平台各模块中设计工具功能的组合,能够使螺旋输送机的设计精准、快速地适应地质环境变化等全生命周期的新需求,同时实现了设计过程中多个设计环节的快速迭代,有效缩短了设计周期。

摘要：骨折手术机器人是实现精准微创骨折复位的优势方案.现有骨折复位手术器械存在效率低、精度差、缺乏复位安全策略等问题,难以保证安全高效的治疗.为解决上述问题,本文提出一种并联骨折手术机器人及基于全关节逆解算法的安全运动控制方法.首先,针对该并联机构开展全关节逆解分析.由骨折复位轨迹的离散轨迹点获取机器人末端的位姿,建立机器人机构的闭环矢量方程,以关节转角为未知量整理多元一次方程组,考虑关节间的运动约束通过两条运动链解析求解所有关节转角.其次,设计安全运动控制系统.上位机设置正常、预警及超限3种状态.在机器人运行过程中,由上位机读取复位轨迹离散点的位姿信息,通过全关节逆解模型计算出下一轨迹离散点对应的关节转角并判断运行状态,若超限则发送指令使机器人停止运动,并显示发生危险的关节位置.最后,开展安全运动仿真与实验研究.仿真表明全关节逆解模型可快速计算出全部关节的运动状态并准确进行安全判断.实验结果表明,骨折手术机器人运行过程中,控制系统可及时发现机器人临近危险状态并使机器人停止运动.本文提出的安全运动控制方法无需增设安全检测或保护装置,既保证了骨折手术机器人的轻质便携需求,又保证了安全高效精准的骨折复位治疗.

摘要：随着微创技术和生物学固定技术的发展,创伤骨折手术中愈加需要术中精准定位,以确保内固定物能够精确和微创地固定骨折断端.其中,利用六自由度并联机构进行骨折断端的复位和固定是实现微创精准骨折手术的重要手段,也是未来骨折手术的发展趋势.现有的由6条支链构成的六自由度并联机构存在质量大、医学影像设备扫描后伪影严重等系列问题,提出和设计少支链六自由度并联机构成为研究热点.本文借助有限旋量理论构型综合出一类三支链六自由度并联机构,并进行了其拓扑结构和运动学性能设计.首先,利用有限旋量描述六自由度并联机构及其支链末端的运动,通过有限旋量理论的结合定律和交换定律获得可行支链的标准型和衍生型,通过定义支链装配条件和配置驱动关节,综合出一类三支链六自由度并联机构;然后,定义了优选准则,借助瞬时旋量理论对优选出的5种三支链六自由度并联机构进行了位置逆解、工作空间和速度分析;最后,以运动/力传递率在给定工作空间内的均值与方差为目标函数,考虑并联机构的拓扑结构对运动学性能的影响因素,开展了三支链六自由度并联机构的拓扑结构与运动学性能的一体化设计.上述工作为后续三支链六自由度并联机构的物理样机建造与实验研究提供了理论基础.

摘要：为探索高效合理的暗柱预制空心剪力墙连接方式,解决连接施工和质量检验困难的问题,提出了3种水平接缝连接方式:暗柱通过竖向附加钢筋贯通连接、U形钢筋间接搭接及钢节点连接.通过3个暗柱预制空心剪力墙和1个现浇空心剪力墙的拟静力试验,研究了各试件的抗震性能与水平缝工作性能.结果表明,各试件均呈现压弯破坏特征,实现了预期的强剪弱弯目标.预制试件的延性系数在4左右,与现浇试件相比,各预制试件耗能与变形能力稍弱.各预制试件极限位移角为1/56~1/67,弹塑性变形能力满足现行规范要求.试件水平接缝处易形成贯通裂缝,但水平抗剪构造可满足抗剪需求.分析了基于规范计算试件抗弯承载力的适用性,并提出了考虑水平缝影响的抗弯承载力计算方法.

摘要：传统的下肢骨折治疗方案普遍存在复位精度差、易造成二次创伤与并发症、延迟愈合等局限性.随着现代医学和机器人学的交叉融合,基于六自由度并联机构的微创骨折复位与固定技术得到广泛关注和应用.现有六支链并联骨折外固定支架普遍存在术前CT扫描易造成伪影、影响骨折复位轨迹规划的不足.针对上述问题,本文设计了一种三支链六自由度并联外固定支架3-SPRP.由于此支架用于人体下肢骨折的复位与固定,为了满足外固定支架的轻质量高刚度需求,本文开展了将支架质量与刚度均视为优化目标的多目标优化设计.首先,采用闭环矢量法建立3-SPRP并联外固定支架的位置逆解模型,基于瞬时旋量建立运动/力映射模型;其次,采用半解析建模法建立3-SPRP并联外固定支架的静刚度模型,对比理论刚度模型与有限元仿真模型在6个典型位姿下的各向线刚度,验证支架刚度模型的准确性;最后,以瞬时变形能为刚度指标,将3-SPRP并联外固定支架的刚度与质量均视为优化目标,开展多目标优化计算,定义最小距离法确定支架刚度与质量的最佳匹配关系.优化后整机质量约为0.889 kg,相较于优化前仅增加24 g,而各向线/角刚度值普遍提升50%左右,表明3-SPRP并联外固定支架的刚度优化设计的有效性.上述工作将为后续三支链六自由度并联骨折外固定支架的物理样机制造与实验研究提供理论基础.

摘要：机器人机构逆运动学分析是开展其性能建模和优化设计的基础.然而,现有并联机构运动学逆解方法主要是针对给定位姿下驱动关节运动变量的求解,而对于非驱动关节运动变量则需基于机构的几何特性,通过反复迭代消元计算获得,因而难以形成代数化求解流程和数字化分析软件.针对上述问题,提出一种基于有限旋量的并联机构全关节位置逆解求解方法并开展其数字化软件研发.首先,提出并联机构全关节位置解求解流程,构造并联机构末端及其支链的初始位姿,利用有限旋量建立运动方程,并通过数值方法对运动方程进行求解.以一类两转动并联机构4RSR-SS为例,计算各支链的全关节位置解,并与仿真结果对比验证解的准确性.然后,在此基础上,建立全关节位置解的数字化算法,基于B/S架构开展并联机构运动学分析软件开发,构建运动学逆解、轨迹仿真和工作空间等功能模块,通过对3-PRS并联机构的全关节逆运动学分析验证软件的有效性.最后,从冗余参数、方程数目等方面与现有方法进行比较.提出的全关节逆运动学分析方法的优点在于:可构建简洁的运动方程并同时求解给定目标位姿下的所有关节变量,避免冗余参数和计算;涉及的所有步骤均可利用代数运算求解,有利于实现并联机器人机构逆运动学分析的数字化.

摘要：并联骨折手术机器人及其计算机辅助诊疗技术解决了骨折复位手术治疗创伤大、易二次感染的风险,但现有骨折复位轨迹规划方法存在碰撞检测效率低、复位路径长及肌肉牵拉力大等问题,难以实现精准安全的复位治疗。针对此问题,提出一种融合碰撞检测、肌肉力分析和最短路径搜索的骨折复位轨迹自动式规划方法。首先,基于患者的CT影像重建三维骨模型,以患者健侧骨模型为复位参考,获取骨折复位的目标。其次,定义碰撞检测阈值,基于八叉树搜索算法快速查找断骨间的最小距离点,实现断骨碰撞检测。随后,由OpenSim的标准模型通过缩放特征建立个性化骨折肌肉模型,实时获取复位过程的肌肉牵拉力。最后,以骨块无碰撞、肌肉牵拉力最小和路径最短为约束条件,设计A*算法的轨迹搜索节点与估价函数,实现轨迹规划。开展所述方法与交互式轨迹规划方法针对9组胫腓骨骨折的复位轨迹规划对比实验,本方法平均规划时间仅为3.2 s,比交互式方法耗时减小了两个数量级,平均复位路径长度为24.3 mm,减小了36.7%,平均肌肉力是96.4 N,减小了16.2%。结果表明,本方法轨迹规划耗时短、复位效率高且轨迹安全性高,为精准安全骨折复位治疗提供了新思路。