[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

一種全自動靜脈穿刺機器人多層控制系統，屬于機器人控制技術領域。本發明針對現有全自動靜脈穿刺機器人的控制中，無法實現穿刺過程中動作的自主決策進而會造成患者不適的問題。分為感知與決策層、控制層及執行層，采用紅外相機獲取待穿刺手臂的雙目相機圖像；上位機對圖像進行處理確定最終穿刺決策；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，通過驅動器帶動直流伺服電機驅動機器人末端執行器動作；多維力傳感器采集末端執行器穿刺力信號給上位機，對穿刺決策進行調整；編碼器將電機當前位置反饋給多軸運動控制卡，對軌跡規劃結果進行實時調整。本發明可實現對全自動靜脈穿刺機器人的多層控制。

技術領域

本發明涉及全自動靜脈穿刺機器人多層控制系統，屬于機器人控制技術領域。

背景技術

目前，臨床上實施靜脈穿刺主要依靠熟練的醫護人員進行操作，這些醫護人員需要經過專門的培訓。其操作過程包括：在病人的手臂上扎止血帶，然后讓病人握拳使靜脈血管突出，最后進行靜脈穿刺。人工靜脈穿刺對醫護人員的經驗和熟練度要求較高。即便是有經驗的醫護人員，當面對膚色較黑、靜脈較深、覆蓋傷癥、紋身及毛發的病人，尤其是嬰幼兒、老年人、肥胖者以及脫水病人等，要實現準確的靜脈穿刺過程依然十分困難。

隨著計算機視覺和機器人技術的進步，對全自動靜脈穿刺機器人的需求已經越來越強烈。目前對全自動靜脈穿刺機器人的控制方法中，無法實現機器人在穿刺過程中動作的自主決策，因而無法根據當前的實際狀況有針對性的修正穿刺過程，進而會造成患者的不適感，甚至在一定程度上造成患者的痛苦。

發明內容

針對現有全自動靜脈穿刺機器人的控制中，無法實現穿刺過程中動作的自主決策進而會造成患者不適的問題，本發明提供一種全自動靜脈穿刺機器人多層控制系統。

本發明所述一種全自動靜脈穿刺機器人多層控制系統，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。

根據本發明所述的全自動靜脈穿刺機器人多層控制系統，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。

根據本發明所述的全自動靜脈穿刺機器人多層控制系統，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。

根據本發明所述的全自動靜脈穿刺機器人多層控制系統，

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。

根據本發明所述的全自動靜脈穿刺機器人多層控制系統，

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：