一种遥操作用超声仿型探头姿态自校准方法、系统及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种遥操作用超声仿型探头姿态自校准方法、系统及装置，其方法包括，超声仿型探头在触控板上摆动，获取IMU传感器的实时姿态数据和触控板感应的实时平移数据；将实时姿态数据转换成欧拉角形式；根据实时平移数据计算出平移方向向量；根据欧拉角形式的实时姿态数据以及平移方向向量判断出摆动轴、摆动方向以及平移方向向量所在的象限；利用摆动轴、摆动方向以及平移方向向量所在的象限对应的姿态校准模型，对IMU传感器的航向角进行自校准。本发明专利技术可以对IMU传感器的航向角的漂移进行抑制，从而保证了使超声仿型探头到机器人末端超声探头的位置和姿态映射精度，进而提高了获取的超声图像质量。获取的超声图像质量。获取的超声图像质量。

【技术实现步骤摘要】
一种遥操作用超声仿型探头姿态自校准方法、系统及装置


[0001]本专利技术涉及超声探头校准领域，具体涉及一种遥操作用超声仿型探头姿态自校准方法、系统及装置。

技术介绍

[0002]在机器人超声扫描的遥操作中，医生在工作室拿着内嵌有IMU传感器的超声仿型探头，通过网络传输，来控制机器人端超声探头的工作。内嵌有IMU传感器的超声仿型探头到机器人末端超声探头的位置和姿态映射精度对获取清晰的超声图像质量至关重要。而在实际应用过程中，由于IMU传感器绕Z轴的旋转角是不准确的，但是绕X轴和Y轴的旋转角是准确的，就相当于将超声仿型探头吊在空中，其方向一直无法确定，因此会造成IMU传感器的航向角发生漂移，从而会造成超声仿型探头到机器人末端超声探头的位置和姿态映射精度下降，进而影响到获取的超声图像质量不佳。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种遥操作用超声仿型探头姿态自校准方法、系统及装置，可以对IMU传感器的航向角的漂移进行抑制，从而保证了使超声仿型探头到机器人末端超声探头的位置和姿态映射精度，进而提高了获取的超声图像质量。
[0004]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种遥操作用超声仿型探头姿态自校准方法，用于校准内嵌有IMU传感器的超声仿型探头通过圆弧状末端在触控板上摆动时IMU传感器的航向角，包括如下步骤，
[0005]S1，将所述超声仿型探头的圆弧状末端接触所述触控板，并使所述超声仿型探头在所述触控板上摆动，获取所述IMU传感器在IMU坐标系下的实时姿态数据和所述触控板感应的在触控板坐标系下的实时平移数据；其中，所述IMU传感器在IMU坐标系下的实时姿态数据的数据形式具体为姿态四元数形式；
[0006]S2，将所述IMU传感器在IMU坐标系下的姿态四元数形式的实时姿态数据转换成欧拉角形式的实时姿态数据；根据所述触控板感应的在触控板坐标系下的实时平移数据，计算出所述超声仿型探头在所述触控板上摆动时的平移方向向量；
[0007]S3，根据所述IMU传感器的欧拉角形式的实时姿态数据以及所述超声仿型探头在所述触控板上摆动时的平移方向向量，判断出所述超声仿型探头在所述触控板上摆动时的摆动轴、摆动方向以及所述平移方向向量所在的象限；
[0008]S4，利用所述超声仿型探头在所述触控板上摆动时的摆动轴、摆动方向以及所述平移方向向量所在的象限共同对应的姿态校准模型，对所述IMU传感器的航向角进行自校准。
[0009]基于上述一种遥操作用超声仿型探头姿态自校准方法，本专利技术还提供一种遥操作用超声仿型探头姿态自校准系统。
[0010]一种遥操作用超声仿型探头姿态自校准系统，用于校准内嵌有IMU传感器的超声
仿型探头通过圆弧状末端在触控板上摆动时IMU传感器的航向角，包括如下模块，
[0011]姿态数据及平移数据获取模块，其用于在所述超声仿型探头的圆弧状末端接触所述触控板，且所述超声仿型探头在所述触控板上摆动时，获取所述IMU传感器在IMU坐标系下的实时姿态数据和所述触控板感应的在触控板坐标系下的实时平移数据；其中，所述IMU传感器在IMU坐标系下的实时姿态数据的数据形式具体为姿态四元数形式；
[0012]数据变换模块，其用于将所述IMU传感器在IMU坐标系下的姿态四元数形式的实时姿态数据转换成欧拉角形式的实时姿态数据；根据所述触控板感应的在触控板坐标系下的实时平移数据，计算出所述超声仿型探头在所述触控板上摆动时的平移方向向量；
[0013]摆动参数计算模块，其用于根据所述IMU传感器的欧拉角形式的实时姿态数据以及所述超声仿型探头在所述触控板上摆动时的平移方向向量，判断出所述超声仿型探头在所述触控板上摆动时的摆动轴、摆动方向以及所述平移方向向量所在的象限；
[0014]姿态校准模块，其用于利用所述超声仿型探头在所述触控板上摆动时的摆动轴、摆动方向以及所述平移方向向量所在的象限共同对应的姿态校准模型，对所述IMU传感器的航向角进行自校准。
[0015]基于上述一种遥操作用超声仿型探头姿态自校准方法，本专利技术还提供一种计算机存储介质。
[0016]一种计算机存储介质，包括存储器以及存储在所述存储器内的计算机程序，所述计算机程序被计算机处理器执行时用于实现如上述所述的遥操作用超声仿型探头姿态自校准方法。
[0017]基于上述一种计算机存储介质，本专利技术还提供一种遥操作用超声仿型探头姿态自校准装置。
[0018]一种遥操作用超声仿型探头姿态自校准装置，包括机壳，所述机壳内安装有工控机，所述机壳表面安装有显示屏和触控板，所述触控板上配置有可移动的超声仿型探头；所述工控机内安装有如上述所述的计算机存储介质，所述显示屏以及所述触控板均与所述工控机电连接。
[0019]本专利技术的有益效果是：在本专利技术一种遥操作用超声仿型探头姿态自校准方法、系统及装置中，超声仿型探头的圆弧状末端在触控板上摆动时会形成一条直线轨迹，该直线在触控板坐标系平面内的方向即可表示超声仿型探头绕Z轴的旋转角度，也就是IMU传感器的航向角；因此，本专利技术利用超声仿型探头的结构特点，根据超声仿型探头在触控板上摆动时形成的直线方向来校准IMU传感器的航向角，实现对IMU航向漂移的自动消除，从而保证了使超声仿型探头到机器人末端超声探头的位置和姿态映射精度，进而提高了获取的超声图像质量。
附图说明
[0020]图1为本专利技术一种遥操作用超声仿型探头姿态自校准方法的流程框图；
[0021]图2为超声仿型探头接触触控板时的状态图；
[0022]图3为超声仿型探头在触控板上摆动的一种状态图；
[0023]图4为本专利技术一种遥操作用超声仿型探头姿态自校准方法的原理框图；
[0024]图5(a)为俯视的声仿型探头绕各轴旋转的方向坐标示意图；
[0025]图5(b)为后视的超声仿型探头绕X轴旋转的示意图；
[0026]图5(c)为侧视的超声仿型探头绕Y轴旋转的示意图；
[0027]图6为本专利技术一种遥操作用超声仿型探头姿态自校准系统的结构框图；
[0028]图7为本专利技术一种遥操作用超声仿型探头姿态自校准装置的结构示意图。
[0029]附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0030]1、超声仿型探头，2、触控板。
具体实施方式
[0031]以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
[0032]如图1所示，一种遥操作用超声仿型探头姿态自校准方法，用于校准内嵌有IMU传感器的超声仿型探头通过圆弧状末端在触控板上摆动时IMU传感器的航向角，包括如下步骤，
[0033]S1，将所述超声仿型探头的圆弧状末端接触所述触控板，并使所述超声仿型探头在所述触控板上摆动，获取所述IMU传感器在IMU坐标系下的实时姿态数据和所述触控板感应的在触控板坐标系下的实时平移数据；其中，所述IMU传感器在IMU坐标系下的实时姿态数据的数据形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种遥操作用超声仿型探头姿态自校准方法，其特征在于：用于校准内嵌有IMU传感器的超声仿型探头通过圆弧状末端在触控板上摆动时IMU传感器的航向角，包括如下步骤，S1，将所述超声仿型探头的圆弧状末端接触所述触控板，并使所述超声仿型探头在所述触控板上摆动，获取所述IMU传感器在IMU坐标系下的实时姿态数据和所述触控板感应的在触控板坐标系下的实时平移数据；其中，所述IMU传感器在IMU坐标系下的实时姿态数据的数据形式具体为姿态四元数形式；S2，将所述IMU传感器在IMU坐标系下的姿态四元数形式的实时姿态数据转换成欧拉角形式的实时姿态数据；根据所述触控板感应的在触控板坐标系下的实时平移数据，计算出所述超声仿型探头在所述触控板上摆动时的平移方向向量；S3，根据所述IMU传感器的欧拉角形式的实时姿态数据以及所述超声仿型探头在所述触控板上摆动时的平移方向向量，判断出所述超声仿型探头在所述触控板上摆动时的摆动轴、摆动方向以及所述平移方向向量所在的象限；S4，利用所述超声仿型探头在所述触控板上摆动时的摆动轴、摆动方向以及所述平移方向向量所在的象限共同对应的姿态校准模型，对所述IMU传感器的航向角进行自校准。2.根据权利要求1所述的遥操作用超声仿型探头姿态自校准方法，其特征在于：所述超声仿型探头在所述触控板上摆动时的摆动轴为X轴、Y轴和多轴中的一种；其中，所述超声仿型探头在所述触控板上摆动时的摆动轴为X轴，表征所述超声仿型探头在所述触控板上绕X轴摆动，所述超声仿型探头在所述触控板上摆动时的摆动轴为Y轴，表征所述超声仿型探头在所述触控板上绕Y轴摆动，所述超声仿型探头在所述触控板上摆动时的摆动轴为多轴，表征所述超声仿型探头在所述触控板上绕除X轴以及Y轴以外的轴摆动；所述超声仿型探头在所述触控板上摆动时的摆动方向包括正向和负向；所述超声仿型探头在所述触控板上摆动时的所述平移方向向量所在的象限包括14象限和23象限。3.根据权利要求2所述的遥操作用超声仿型探头姿态自校准方法，其特征在于：所述超声仿型探头在所述触控板上摆动时的摆动轴、摆动方向以及所述平移方向向量所在的象限共同对应的姿态校准模型包括X轴负向14象限姿态校准模型、X轴负向23象限姿态校准模型、X轴正向14象限姿态校准模型、X轴正向23象限姿态校准模型、Y轴负向14象限姿态校准模型、Y轴负向23象限姿态校准模型、Y轴正向14象限姿态校准模型、Y轴正向23象限姿态校准模型和多轴姿态校准模型。4.根据权利要求3所述的遥操作用超声仿型探头姿态自校准方法，其特征在于：所述X轴负向14象限姿态校准模型为，Q(t)＝
‑
acos[(dy(t)/D]，所述X轴负向23象限姿态校准模型为，Q(t)＝acos[(dy(t)/D]，所述X轴正向14象限姿态校准模型为，Q(t)＝π
‑
acos[(dy(t)/D]，所述X轴正向23象限姿态校准模型为，Q(t)＝acos[(dy(t)/D]
‑
π；其中，Q(t)为t时刻IMU传感器的航向角自校准后的角度；D＝sqrt[dx(t)*dx(t)+dy(t)*dy(t)]，dx(t)和dy(t)分别为所述超声仿型探头在所述触控板上摆动时t时刻的平移方向向量中的平移方向X轴分量和平移方向Y轴分量，dx(t)＝x(t)
‑
x(t
‑
1)，dy(t)＝y(t)
‑
y(t
‑
1)，x(t)和y(t)分别为所述触控板感应的在触控板坐标系下t时刻的平移数据中的X轴分量和Y轴分量；acos()为反余弦函数，π为圆周率。
5.根据权利要求3所述的遥操作用超声仿型探头姿态自校准方法，其特征在于：所述Y轴负向14象限姿态校准模型为，Q(t)＝
‑
acos[(dy(t)/D]
‑
π/2，所述Y轴负向23象限姿态校准模型为...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫琳，李淼，韩冬，付中涛，张少华，邓兆兴，刘辰，万志林，龙会才，马天阳，
申请(专利权)人：武汉库柏特科技有限公司，
类型：发明
国别省市：