[發明專利]一種多任務手術機器人的視覺伺服控制方法

有效

• 申請號: 201710361356.1
• 申請日: 2017-05-22
• 公開（公告）號: CN107049496B
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 祝世杰;陳煜;張必聰;陳一彤;靳琪奧;孫嘉瑋;鄧博元;姜力元;鄭鋼鐵;潘勇衛;趙喆;鄧玖征
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: A61B34/30
• 分類號: A61B34/30;A61B34/20;A61B17/72;A61B18/12
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

1.一種多任務手術機器人的視覺伺服控制系統，其特征在于，包括機器人和圖像采集設備；所述機器人用于骨折復位，

1)根據手術要求，利用圖像采集設備從相互垂直的兩個方向采集透視圖像，所采用的手術機器人為一個具有六自由度的機器人，以夾具為該機器人前端，一側斷骨為移動端，由夾具固定于機器人前端，通過機器人運動帶動該側斷骨移動，另一側斷骨為目標端，由夾具與手術床相連；設在所采集的圖像中兩側斷骨的輪廓中心線在骨折處的斜率分別為k_移動、k_目標，移動端斷面中心點A、目標端斷面中心點B在所采集圖像中的坐標分別為(x_移動,y_移動)和(x_目標,y_目標)，即采用k_移動、k_目標、(x_移動,y_移動)和(x_目標,y_目標)作為用于表示目標端與移動端之間的相對位置姿態關系的圖像特征；定義圖像特征相對坐標f如下，其中每次圖像采集設備從兩個方向采集兩張圖片，下標中的1、2分別代表從圖片1和圖片2中提取到的圖像特征：

根據手術要求定義期望圖像特征相對坐標f_期望為：

f_期望對應兩段斷骨處于已經完全對接好的狀態；

2)通過1)所確定的圖像采集設備采集手術中當前時刻的圖像數據，并對采集的圖像數據進行降噪、對比度增強等預處理；

3)將2)中預處理過的圖像數據按照1)所確定的圖像特征進行提取，按照1)定義的圖像特征相對坐標計算當前時刻的圖像特征相對坐標，記為f_當前；

4)根據控制誤差e＝f_當前-f_期望，按照“基于圖像的免標定視覺伺服”控制律計算出相應的控制量r，然后使機器人的操作端按照該控制量r進行運動；

5)若||e||＞ε，重新返回2)，采集下一時刻的圖像數據；若||e||≤ε，停止循環；所述ε是根據手術誤差要求設定的閾值。

2.根據權利要求1所述的視覺伺服控制系統，其特征在于，所述機器人為具有六自由度的Stewart平臺。

3.根據權利要求2所述的視覺伺服控制系統，其特征在于，所述按照“基于圖像的免標定視覺伺服”控制律計算出相應的控制量r為：

其中，控制量r為Stewart平臺中六個桿的桿長變化速度，為矢量；k_P,k_I,k_D分別為視覺伺服控制律的比例系數、積分系數、微分系數；J為雅克比矩陣，通過卡爾曼濾波方法或支持向量機方法得到；∫edt為控制誤差e對時間t的積分，為控制誤差e對時間t的導數。