[發明專利]自動化協同工作組件及其在手術器械中的應用

有效

• 申請號: 201810051219.2
• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN110051436B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 姚君
• 申請（專利權）人: 上海舍成醫療器械有限公司
• 主分類號: A61B34/30
• 分類號: A61B34/30;A61B90/00;A61B34/20
• 代理公司: 上海市海華永泰律師事務所 31302
• 代理人: 包文超

1.一種自動化協同工作組件，其特征在于包括：

第一運動臂，其包括若干第一支臂和至少1個第一運動關節；

第二運動臂，其包括若干第二支臂和至少1個第二運動關節；

工作部件，其設置于第一運動臂的一端，受第一運動臂的控制而運動；

影像獲取裝置，其設置于第二運動臂的一端，受第二運動臂的控制而運動，對目標實施光學定位和跟蹤，目標遮擋的識別和避開；

分別對第一運動臂和第二運動臂的位置、姿態和運動速度進行數值化，建立第一運動臂和第二運動臂的關聯關系，并在計算機控制下實施協同運動；

實施所述的協同運動的方法如下：

影像獲取裝置實時獲取被跟蹤目標的位置和姿態，計算機通過第一運動臂上各個第一關節的旋轉角度實時獲知工作部件的位置和姿態，系統根據第一運動臂與第二運動臂之間的關聯關系，完成被跟蹤目標在影像獲取裝置坐標系下的位置及姿態與在第一運動臂坐標系下的位置與姿態之間的轉換，使第一運動臂獲取被跟蹤目標在第一運動臂坐標系下的位置與姿態，進而獲得預定的工作路徑的具體位置與方向，驅動第一運動臂在被跟蹤目標附近按預定的路徑完成工作任務；

計算機實時獲知工作部件的位置信息與姿態信息，以及第一運動臂的位置信息和姿態信息；

此時，設置在第二運動臂上的影像獲取裝置實時調整獲取影像的方向，朝向第一運動臂及工作部件，并保持對第一運動臂以及工作部件進行跟蹤；

接著，及時獲得工作部件及第一運動臂所處的周邊環境的三維計算機場景，即獲得周邊環境物體表面點的三維信息，得到點云，并進行網格化；

之后，根據第一運動臂上各個第一運動關節位置及周邊環境物體表面點的三維信息，計算第一運動臂及工作部件與周邊環境物體的最小距離，預判第一運動臂或工作部件與周邊環境物體是否會發生碰撞；

當存在發生碰撞的可能時，則停止第一運動臂的移動。

2.根據權利要求1所述的自動化協同工作組件，其特征在于所述的 影像獲取裝置對目標實施光學定位和跟蹤，目標遮擋的識別和避開的方法如下：

先對影像獲取裝置進行標定，獲得各攝像頭的內部參數和外部參數；

然后，設定影像獲取裝置中各攝像頭按設定的頻率同步曝光拍攝，對于每一次曝光重復以下各步驟：

首先，識別目標之標志點，一個目標預設1個以上的標志點，識別并確定每個攝像頭所獲取的影像中目標各標志點的中心位置；同時也確定各標志點中心的三維空間位置，并通過這些中心位置計算出一個目標的中心位置；

當任一攝像頭所獲取的影像中，識別出的目標的標志點數量少于預定數量時，判定有遮擋發生；

計算當前影像獲取裝置視場范圍內所有物體表面的三維位置信息，得到用點云表示的物體表面，并將這些點云網格化表示，得到物體的幾何邊界，再按以下步驟獲得一個新的影像獲取裝置的位置和方向：

1)在影像獲取裝置和目標中心位置之間的距離上建立一個球面或者平面區域，亦或是任意選定的一個規則空間的三維區域，作為查找區域，查找區域的范圍由第二運動臂能夠到達的范圍決定；

2)在查找區域上獲得若干采樣點；

3)將影像獲取裝置的中心位置依次設定在這些采樣點上，并將影像獲取裝置的視場方向設定為采樣點與目標中心位置之間的矢量；

4)在每個采樣點，根據攝像頭的內部參數和外部參數，并沿視場方向旋轉影像獲取裝置，在計算機中虛擬連續曝光拍攝，直到找到一個意向位置，使得各個攝像頭同時獲取到目標的所有標志點；

最后，使用第二運動臂將影像獲取裝置移動旋轉到計算得到的意向位置。

3.根據權利要求2所述的自動化協同工作組件，其特征在于所述的內部參數包括焦距。

4.根據權利要求2所述的自動化協同工作組件，其特征在于所述的外部參數包括位置和方向。

5.根據權利要求2所述的自動化協同工作組件，其特征在于若在計算得到的所述意向位置上依然存在遮擋，則繼續尋找，直到兩個攝像頭獲取目標預設的全部標志點。