[發明專利]全自動靜脈穿刺機器人多層控制系統

有效

• 申請號: 201911400543.1
• 申請日: 2019-12-30
• 公開（公告）號: CN111096796B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 姜力;任浩;郭闖強;何天寶;董杰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: A61B34/30
• 分類號: A61B34/30;A61B34/10;A61M5/42;A61B5/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張利明

1.一種全自動靜脈穿刺機器人多層控制系統，其特征在于包括：

采用兩臺近紅外相機基于視差原理獲取待穿刺手臂的雙目相機圖像；

上位機對雙目相機圖像進行立體矯正以及立體匹配，獲得待穿刺手臂的血管深度；基于所述血管深度進行映射，獲得血管點云圖；再由血管點云圖提取血管中心線，進而確定最終穿刺決策；

多軸運動控制卡根據最終穿刺決策獲得軌跡規劃結果，將運動量分配到末端多軸運動的各個軸上，并向對應于每個軸的驅動器發送運動指令，使驅動器驅動對應的直流伺服電機，從而共同帶動機器人末端執行器動作；

在末端執行器動作的過程中，通過多維力傳感器采集末端執行器穿刺力信號，并傳送至上位機，上位機在現有最終穿刺決策的基礎上，對穿刺決策進行調整；同時，每個直流伺服電機通過裝設的編碼器將電機當前位置反饋給多軸運動控制卡，多軸運動控制卡結合調整后的穿刺決策以及電機當前位置對所述軌跡規劃結果進行實時調整，直至完成穿刺；

上位機在現有最終穿刺決策的基礎上，對穿刺決策進行調整的方法包括：

上位機根據實時采集的末端執行器穿刺力信號，對穿刺決策進行調整；使末端執行器的針尖的位置和姿態能夠在多軸運動控制卡的阻抗控制器的控制下實現動態調整，達到穿刺力最小；

當上位機實時采集的末端執行器穿刺力信號發生突變時，確定所述針尖已刺破血管上壁，此時最終穿刺決策調整為執行挑針動作，使針尖在多軸運動控制卡的控制下減小仰角至與手臂表面皮膚成10°夾角，然后平推進入血管。

2.根據權利要求1所述的全自動靜脈穿刺機器人多層控制系統，其特征在于，

所述兩臺近紅外相機相距58mm，對稱布置于待穿刺手臂正上方300mm處。

3.根據權利要求2所述的全自動靜脈穿刺機器人多層控制系統，其特征在于，

所述確定最終穿刺決策包括：

在血管中心線上等距設置決策點，依據各決策點處血管直徑、角度、深度和直線度對決策點進行評價，獲得最佳穿刺點、穿刺角度和穿刺深度，形成最終穿刺決策。

4.根據權利要求3所述的全自動靜脈穿刺機器人多層控制系統，其特征在于，

所述軌跡規劃結果的獲得方法包括：在笛卡爾空間下進行軌跡規劃，利用遺傳算法獲得穿刺時間最短路徑，然后通過逆運動學解算，獲得所述各個軸的運動量。