便携式远程超声扫查系统与安全超声扫查柔顺控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种便携式远程超声扫查系统，主端设备包括手持装置、主端计算机；从端设备包括从端扫查机器人、从端超声设备、从端环境感知单元、数据收发单元；手持装置将其移动的速度和旋转的角速度以及按压力通过主端计算机、数据收发单元发送给从端扫查机器人的控制器，控制器控制机械臂在水平面上的移动、在空间中的姿态运动、沿扫查面的法向的移动；主端计算机显示超声扫查图像，便于医生观察扫查状态；机械臂的整个运动过程均为柔顺控制，能够仿照人臂，与外部环境接触时对外部作用力产生顺从，能够确保超声扫查时病人的安全；本发明专利技术还能够确保从端扫查机器人的整个运动过程的连续性，以及确保超声探头与人体之间接触力的连续性。的连续性。的连续性。

【技术实现步骤摘要】
便携式远程超声扫查系统与安全超声扫查柔顺控制方法


[0001]本专利技术涉及远程超声扫查
，尤其是便携式远程超声扫查系统与安全超声扫查柔顺控制方法。

技术介绍

[0002]现有的远程超声扫查系统设备由主端设备、从端扫查机器人两部分组成，医生通过主端设备远程控制从端扫查机器人进行超声检查。
[0003]经检索，中国专利公开号为CN109998590A的远程超声操作系统及远程超声操作系统的控制方法，该专利中，远程操作装置即主端设备包括人体成型装置和操作手，人体成型装置适于接收3D扫描器收集到的3D数据信号并根据3D数据信号形成与病人待检测部位相似的仿形体。
[0004]经检索，中国专利授权号为CN108994861B的远程超声操作手装置及远程超声检测系统，该专利中，操作手底部通过触摸下方的位置传感器获取操作手的空间位置信息，即，操作手必须在设有位置传感器的触摸屏上进行移动，获取操作手的空间位置信息。
[0005]经检索，中国专利公开号为CN110993087A的一种远程超声扫描操纵设备及方法，该专利中，主端设备包括用于模拟实际超声探头在皮肤上运动的模拟皮肤平台，获取模拟超声探头在模拟皮肤平台表面的二维坐标，并基于该二维坐标远程控制超声探头在皮肤上的运动。
[0006]综上所述，现有的远程超声扫查系统中存在：医生端即主端的操作设备复杂，安装好之后不能随意移动，需要一个特定的工作面模拟超声探头在皮肤上运动，无法随身携带的问题。
[0007]另外，现有的远程超声扫查系统中，还存在以下问题：
[0008]主端操作设备与从端远程扫查机器人技术多采用位置映射和多段力控映射方法，位置映射无法确保从端远程扫查机器人运动的连续性，多段力控映射无法确保末端力的连续性。
[0009]从端远程扫查机器人无法实现关节力控和全流程柔顺控制。
[0010]医生无法从主端操作设备上获知超声探头与人体扫查部位之间的接触力信息。

技术实现思路

[0011]为了克服上述现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种便携式远程超声扫查系统，利用主端设备远程控制从端扫查机器人进行超声检查。
[0012]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案，包括：
[0013]一种便携式远程超声扫查系统，包括主端设备、从端设备；
[0014]所述主端设备包括：手持装置，与手持装置相连接的主端计算机；
[0015]所述从端设备包括：从端扫查机器人，从端超声设备，分别与从端扫查机器人和从端超声设备相连接的数据收发单元；
[0016]所述手持装置将其运动的轨迹信息发送给主端计算机；所述手持装置还将其所受到的按压力发送给主端计算机；其中，手持装置的轨迹信息包括：手持装置在任意工作面上移动的速度信息和在空间中旋转的角速度信息；
[0017]所述主端计算机与数据收发单元之间通信连接，主端计算机将手持装置的轨迹信息和按压力发送给数据收发单元；
[0018]所述从端超声设备用于进行超声扫查，采集的超声影像，并将所采集的超声影像发送给数据收发单元，数据收发单元将超声影像发送给主端计算机；
[0019]所述从端超声设备包括：超声探头；
[0020]所述从端扫查机器人包括；机械臂，用于控制机械臂运动的控制器；
[0021]所述超声探头设置于机械臂的末端；
[0022]所述数据收发单元将手持装置的轨迹信息和按压力发送给控制器；
[0023]控制器根据手持装置在工作面上移动的速度信息控制机械臂的末端执行器在水平面上的移动，使得机械臂末端上的超声探头在水平面上的移动速度与手持装置在工作面上的移动速度一致；
[0024]控制器根据手持装置在空间中旋转的角速度信息控制机械臂的末端执行器在空间中的姿态运动，使得机械臂末端上的超声探头在空间中的转动速度与手持装置在空间中的转动速度一致；
[0025]控制器根据手持装置的按压力控制机械臂的末端执行器沿扫查面的法向移动，使得机械臂末端上的超声探头与人体扫查部位之间的接触力，即超声探头的实际接触力与手持装置的按压力一致；
[0026]所述机械臂的整个运动过程均为柔顺控制。
[0027]所述机械臂末端上设有深度相机，用于获取深度图像；所述深度相机与控制器相连接，将深度图像发送给控制器，控制器通过数据收发单元将深度图像发送给主端计算机。
[0028]深度相机获取人体表面的深度图像，所述主端计算机根据人体表面的深度图像进行人体三维建模，得到人体三维模型；所述主端计算机根据该人体三维模型，识别人体扫查部位，设置人体扫查部位的超声扫查初始位置，利用人体三维模型和路径规划算法生成机械臂从当前位置到达超声扫查初始位置的无碰撞路径，并通过数据收发单元将该无碰撞路径发送控制器；控制器控制机械臂的末端执行器按照该无碰撞路径进行运动，使得机械臂末端上的超声探头自动到达该超声扫查初始位置。
[0029]手持装置通过光电式速度传感器获取手持装置在工作面上移动的速度信息，通过速度映射的方式，控制机械臂的末端执行器在水平面上的移动。
[0030]所述数据收发单元包括：用于与从端扫查机器人进行数据传输的机器人数据接口，用于与从端超声设备进行数据传输的超声数据接口。
[0031]所述控制器将超声探头的实际接触力发送给数据收发单元，所述数据收发单元将超声探头的实际接触力发送给主端计算机；所述主端计算机将超声探头的实际接触力发送给手持装置；
[0032]所述手持装置上设有显示屏，用于实时显示超声探头的实际接触力和手持装置的按压力，以及实时显示超声探头的实际接触力和手持装置的按压力之间的差值；
[0033]所述手持装置中还设有振动模块，所述振动模块用于根据超声探头的实际接触力
和手持装置的按压力之间差值的大小，产生振动；若该差值大于设定阈值，则振动模块产生振动，且该差值越大，振动强度越大。
[0034]从端设备还包括：从端环境感知单元；
[0035]所述从端环境感知单元包括全局相机和通话装置；
[0036]所述全局相机用于获取从端扫查机器人的整体视频和机械臂的位置姿态视频；所述全局相机与数据收发单元相连接，全局相机通过数据收发单元将从端扫查机器人的整体视频和机械臂的位置姿态视频发送给发送给主端计算机，并在主端计算机上进行实时显示；
[0037]所述通话装置用于实现医生与病患之间的实时通话。
[0038]所述机械臂上设有用于获取关节力矩的力矩传感器，所述控制器与力矩传感器相连接，根据力矩传感器所获取的机械臂的关节力矩，计算机械臂末端上的超声探头与人体扫查部位之间的接触力，即超声探头的实际接触力。
[0039]本专利技术还提供了一种安全超声扫查柔顺控制方法，机械臂的整个运动过程均为柔顺控制，具体方式如下所示：
[0040]非超声扫查过程中，机械臂的运动采用阻抗控制，即，机械臂的末端执行器在水平面上的移动和在扫查面的法向上的移动均为阻抗控制；所述非本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种便携式远程超声扫查系统，其特征在于，包括主端设备、从端设备；所述主端设备包括：手持装置(1)，与手持装置(1)相连接的主端计算机(2)；所述从端设备包括：从端扫查机器人，从端超声设备，分别与从端扫查机器人和从端超声设备相连接的数据收发单元(8)；所述手持装置(1)将其运动的轨迹信息发送给主端计算机(2)；所述手持装置(1)还将其所受到的按压力发送给主端计算机(2)；其中，手持装置(1)的轨迹信息包括：手持装置(1)在任意工作面上移动的速度信息和在空间中旋转的角速度信息；所述主端计算机(2)与数据收发单元(8)之间通信连接，主端计算机(2)将手持装置(1)的轨迹信息和按压力发送给数据收发单元(8)；所述从端超声设备用于进行超声扫查，采集的超声影像，并将所采集的超声影像发送给数据收发单元(8)，数据收发单元(8)将超声影像发送给主端计算机(2)；所述从端超声设备包括：超声探头(4)；所述从端扫查机器人包括；机械臂(31)，用于控制机械臂(31)运动的控制器(32)；所述超声探头(4)设置于机械臂(31)的末端；所述数据收发单元(8)将手持装置(1)的轨迹信息和按压力发送给控制器(32)；控制器(32)根据手持装置(1)在工作面上移动的速度信息控制机械臂(31)的末端执行器在水平面上的移动，使得机械臂(31)末端上的超声探头(4)在水平面上的移动速度与手持装置(1)在工作面上的移动速度一致；控制器(32)根据手持装置(1)在空间中旋转的角速度信息控制机械臂(31)的末端执行器在空间中的姿态运动，使得机械臂(31)末端上的超声探头(4)在空间中的转动速度与手持装置(1)在空间中的转动速度一致；控制器(32)根据手持装置(1)的按压力控制机械臂(31)的末端执行器沿扫查面的法向移动，使得机械臂(31)末端上的超声探头(4)与人体扫查部位之间的接触力，即超声探头(4)的实际接触力与手持装置(1)的按压力一致；所述机械臂(31)的整个运动过程均为柔顺控制。2.根据权利要求1所述的一种便携式远程超声扫查系统，其特征在于，所述机械臂(31)末端上设有深度相机(34)，用于获取深度图像；所述深度相机(34)与控制器(32)相连接，将深度图像发送给控制器(32)，控制器通过数据收发单元(8)将深度图像发送给主端计算机(2)。3.根据权利要求2所述的一种便携式远程超声扫查系统，其特征在于，深度相机获取(34)人体表面的深度图像，所述主端计算机(2)根据人体表面的深度图像进行人体三维建模，得到人体三维模型；所述主端计算机(2)根据该人体三维模型，识别人体扫查部位，设置人体扫查部位的超声扫查初始位置，利用人体三维模型和路径规划算法生成机械臂从当前位置到达超声扫查初始位置的无碰撞路径，并通过数据收发单元(8)将该无碰撞路径发送控制器(32)；控制器(32)控制机械臂(31)的末端执行器按照该无碰撞路径进行运动，使得机械臂(31)末端上的超声探头(4)自动到达该超声扫查初始位置。4.根据权利要求1所述的一种便携式远程超声扫查系统，其特征在于，手持装置(1)通过光电式速度传感器获取手持装置(1)在工作面上移动的速度信息，通过速度映射的方式，控制机械臂(31)的末端执行器在水平面上的移动。
5.根据权利要求1所述的一种便携式远程超声扫查系统，其特征在于，所述数据收发单元(8)包括：用于与从端扫查机器人进行数据传输的机器人数据接口，用于与从端超声设备进行数据传输的超声数据接口。6.根据权利要求1所述的一种便携式远程超声扫查系统，其特征在于，所述控制器(32)将超声探头(4)的实际接触力发送给数据收发单元(8)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：程栋梁，刘振，
申请(专利权)人：合肥合滨智能机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：