[發(fā)明專利]一種遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)中心約束下的機(jī)器人手術(shù)技能學(xué)習(xí)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211335145.8
• 申請(qǐng)日: 2022-10-28
• 公開（公告）號(hào): CN115502982A
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉衛(wèi)朋;陳嶂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16;A61B34/37;A61B34/00
• 代理公司: 天津翰林知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 張國榮

1.一種遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)中心約束下的機(jī)器人手術(shù)技能學(xué)習(xí)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一：獲取多組醫(yī)生執(zhí)行手術(shù)任務(wù)的演示數(shù)據(jù)，該手術(shù)任務(wù)為在遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)中心約束下利用機(jī)器人機(jī)械臂在腔體內(nèi)控制手術(shù)器械跟蹤預(yù)設(shè)的軌跡；

步驟二：根據(jù)演示數(shù)據(jù)，確定不同演示中相同約束空間中的數(shù)據(jù)，并在相同類型約束空間下的數(shù)據(jù)構(gòu)建概率模型；選擇元空間，求取不同演示中各約束空間相對(duì)于元空間的任務(wù)參數(shù)；

步驟三：將步驟二中得到的不同類型約束空間中描述對(duì)應(yīng)約束的概率模型基于對(duì)應(yīng)的任務(wù)參數(shù)變換到元空間中，并在元空間中將代表各約束空間約束特征的概率模型進(jìn)行融合，得到涵蓋手術(shù)技能所有約束的概率模型；

步驟四：根據(jù)新手術(shù)任務(wù)場(chǎng)景數(shù)據(jù)求解各約束空間對(duì)應(yīng)的任務(wù)參數(shù)，并根據(jù)任務(wù)需求給定環(huán)境輸入變量，計(jì)算元空間中由步驟三得到的涵蓋手術(shù)技能所有約束的概率模型的條件分布概率模型，得到元空間中相應(yīng)的輸出變量；將元空間中描述的輸出變量經(jīng)由上述任務(wù)參數(shù)分別變換到各約束空間中，得到新手術(shù)任務(wù)場(chǎng)景下泛化所學(xué)習(xí)技能的對(duì)應(yīng)的輸出變量，最終由手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)執(zhí)行完成新手術(shù)任務(wù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)中心約束下的機(jī)器人手術(shù)技能學(xué)習(xí)方法，其特征在于，所述步驟一具體包括下述步驟：

步驟1.1：由具有操作經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)生控制遠(yuǎn)程操作手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，在遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)中心約束下執(zhí)行手術(shù)任務(wù)，并記錄遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)中心的位置、病灶區(qū)域的位置及運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)；

步驟1.2：改變遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)中心的位置、病灶區(qū)域的位置，繼續(xù)執(zhí)行同樣的手術(shù)任務(wù)；

步驟1.3：重復(fù)步驟1.1到步驟1.2，當(dāng)演示次數(shù)達(dá)到設(shè)定次數(shù)時(shí)，停止該手術(shù)任務(wù)的演示，并分別儲(chǔ)存每一次演示的數(shù)據(jù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)中心約束下的機(jī)器人手術(shù)技能學(xué)習(xí)方法，其特征在于，步驟一中預(yù)設(shè)的軌跡為一條正弦曲線。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)中心約束下的機(jī)器人手術(shù)技能學(xué)習(xí)方法，其特征在于，所述步驟二具體包括下述步驟：

步驟2.1：確定不同演示中相同約束空間中的數(shù)據(jù)，具體而言，在不同的約束空間中分別收集演示數(shù)據(jù)其中，為在約束空間{j}中描述的數(shù)據(jù)點(diǎn)，t為數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻；

步驟2.2：對(duì)相同約束空間下的數(shù)據(jù)構(gòu)建概率模型，即在約束空間{j}中對(duì)構(gòu)建概率模型，該概率模型即為該約束空間中對(duì)應(yīng)約束的描述；

步驟2.3：根據(jù)演示數(shù)據(jù)，選定元空間，確定不同演示中約束空間相對(duì)應(yīng)的任務(wù)參數(shù)，任務(wù)參數(shù)代表了約束空間相對(duì)于元空間的變換參數(shù){A_j，b_j}，其中A_j為約束空間{j}變換到元空間的姿態(tài)變換矩陣，b_j為約束空間{j}原點(diǎn)在元空間的位置。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)中心約束下的機(jī)器人手術(shù)技能學(xué)習(xí)方法，其特征在于，步驟二中的概率模型為高斯混合模型。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)中心約束下的機(jī)器人手術(shù)技能學(xué)習(xí)方法，其特征在于，所述步驟三具體包括下述步驟：

步驟3.1：利用線性變換將步驟二中所得到的各約束空間中描述對(duì)應(yīng)約束的概率模型基于對(duì)應(yīng)的任務(wù)參數(shù)變換到元空間中；

步驟3.2：利用高斯分布的線性變換性質(zhì)，在元空間中將代表各約束空間約束特征的概率模型相乘進(jìn)行融合，得到涵蓋手術(shù)技能所有約束的概率模型。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)中心約束下的機(jī)器人手術(shù)技能學(xué)習(xí)方法，其特征在于，所述步驟四具體包括下述步驟：

步驟4.1：確定新手術(shù)任務(wù)場(chǎng)景下各約束空間對(duì)應(yīng)的任務(wù)參數(shù)，根據(jù)新手術(shù)任務(wù)場(chǎng)景下相應(yīng)的遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)中心的位置、病灶區(qū)域的位置，確定對(duì)應(yīng)的任務(wù)參數(shù)；

步驟4.2：根據(jù)任務(wù)需求給定環(huán)境輸入變量計(jì)算元空間中由步驟3.2得到的涵蓋手術(shù)技能所有約束的概率模型的條件分布概率模型得到相應(yīng)的輸出變量

步驟4.3：將步驟4.2中計(jì)算所得元空間中描述的輸出變量經(jīng)由步驟4.1所得任務(wù)參數(shù)分別變換到各約束空間中，得到新任務(wù)場(chǎng)景下泛化所學(xué)習(xí)技能的對(duì)應(yīng)的輸出變量，最終由手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)執(zhí)行完成新手術(shù)任務(wù)。