[發明專利]一種雙臂機器人穿刺系統標定方法及系統

有效

• 申請號: 202110324432.8
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113133832B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 熊璟;李強云;夏澤洋
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: G16H30/00
• 分類號: G16H30/00;A61B34/30;A61B34/20;A61B34/10;A61B17/34;A61B90/00
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 魏毅宏

1.一種雙臂機器人穿刺系統標定方法，所述雙臂機器人穿刺系統包括雙臂機器人，其特征在于，所述雙臂機器人穿刺系統標定方法包括：

對雙臂機器人穿刺系統進行運動學分析，得到所述雙臂機器人穿刺系統的待標定參數；所述待標定參數包括穿刺針的第一初始參數、第一平移參數，以及超聲探頭的第二初始參數、第二平移參數和旋轉參數；

使用多點法對所述穿刺針的第一初始參數進行標定，并對所述穿刺針的針尖進行雙平面超聲成像，根據所述雙平面超聲成像對所述超聲探頭的第二初始參數進行標定；

利用所述超聲探頭獲取兩個相互垂直的S平面超聲圖像和T平面超聲圖像，使用所述S平面超聲圖像和T平面超聲圖像分別跟蹤超聲探頭和穿刺針的運動軌跡，并通過軌跡擬合對所述第一平移參數、第二平移參數和旋轉參數進行標定。

2.根據權利要求1所述的雙臂機器人穿刺系統標定方法，其特征在于，所述對雙臂機器人穿刺系統進行運動學分析包括：

對所述穿刺針進行運動學分析；所述穿刺針繞自身旋轉不改變自身的位置，所述穿刺針的位置^BP(d_n)由其初始位置^RP(0)和平移距離d_n決定，所述穿刺針的運動學等式為：

^BP(d_n)＝^BT_R·^RP(d_n)

^RP(d_n)＝^RP(0)+v_n·d_n

上式中,^BT_R為{R}到{B}的齊次坐標變換矩陣，{R}表示雙臂機器人右臂的末端法蘭坐標系，{B}為雙臂機器人的基坐標系；^RP(d_n)為穿刺針平移d_n時，其針尖在{R}中的坐標；v_n為穿刺針平移時在{R}中的單位方向向量，即第一平移參數。

3.根據權利要求2所述的雙臂機器人穿刺系統標定方法，其特征在于，所述對雙臂機器人穿刺系統進行運動學分析包括：

對所述超聲探頭進行運動學分析；所述超聲探頭繞自身旋轉時，其位置由其旋轉角度q決定；所述超聲探頭平移時，其位置由平移距離d_p決定；所述超聲探頭的運動學等式為：

^BP(d_p/q)＝^BT_L·^LT_ST(d_p/q)·^STP

n＝n(0)+d_p·v_p

c＝c(0)+d_p·v_p

上式中，^BT_L為{L}到{B}的齊次坐標變換矩陣，{L}表示雙臂機器人左臂的末端法蘭坐標系；^BP(d_p/q)為超聲探頭平移d_p或旋轉q時，超聲探頭在{B}中的位置向量，^LT_ST(d_p/q)為^LT_S(d_p/q)和^LT_T(d_p/q)組成的集合，為超聲探頭平移d_p或旋轉q時，{S}或{T}到{L}的齊次坐標變換矩陣；{S}和{T}分別對應超聲探頭的S平面超聲圖像坐標系和T平面超聲圖像坐標系；^STP為^SP和^TP組成的集合，表示S平面超聲圖像或T平面超聲圖像中的像素坐標；R(n,θ)為坐標系繞軸n旋轉θ角度時，坐標系的旋轉變換矩陣；n和c分別為超聲探頭旋轉平面的法向量和旋轉中心坐標；n(0)和C(0)分別為超聲探頭處于初始位置時，在{L}中旋轉平面的單位法向量和旋轉中心坐標，即旋轉參數；v_p為超聲探頭在{L}中平移的單位方向向量，即第二平移參數。