一种机器人辅助的套管针自动对接方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种机器人辅助的套管针自动对接方法和装置，所述方法包括：获取套管针的数据集，通过预设的U－Net网络进行训练，获得第一模型；通过第一模型，检测待测图像中套管针的位置，输出套管针的满足预设条件的位置信息；根据套管针的满足预设条件的位置信息，对套管针的旋转角度进行参数化，获得套管针的旋转矩阵；根据套管针的旋转矩阵，获得套管针的取向，并根据所述套管针的取向，控制机器人末端的器械与套管针进行对接。本发明专利技术相对于现有技术，通过U－Net网络检测套管针的位置，并获取套管针的取向，能够精确控制机器人末端的器械与套管针进行对接，实现自动判断套管针位姿，能够适应可视性较差的体内手术项目。能够适应可视性较差的体内手术项目。能够适应可视性较差的体内手术项目。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人辅助的套管针自动对接方法和装置


[0001]本专利技术涉及机器人控制领域，尤其涉及一种机器人辅助的套管针自动对接方法和装置。

技术介绍

[0002]自动导航是机器人辅助手术中至关重要的一部分。目前常见的自动导航技术主要以磁共振、CT等医学影像数据为基础，通过图像处理技术，生成可视化三维模型，以此为机器人的运动提供预定的路线。但是这类离线建模方法适应性较差，对不同的样本需要重复建模，且需要术前完成建模工作，因此这类方法只适用于可视性较差的手术项目，同时需要完整的影像数据，因此对影像数据的要求较高。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种机器人辅助的套管针自动对接方法和装置，以解决如何自动判断套管针位姿的技术问题。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种机器人辅助的套管针自动对接方法，包括：
[0005]获取套管针的数据集，通过预设的U－Net网络进行训练，获得第一模型；
[0006]通过所述第一模型，检测待测图像中所述套管针的位置，输出所述套管针的满足预设条件的位置信息；
[0007]根据所述套管针的满足预设条件的位置信息，对套管针的旋转角度进行参数化，获得所述套管针的旋转矩阵；
[0008]根据所述套管针的旋转矩阵，获得所述套管针的取向，并根据所述套管针的取向，控制机器人末端的器械与所述套管针进行对接。
[0009]作为优选方案，所述输出所述套管针的满足预设条件的位置信息，具体为：
[0010]输出所述套管针满足以下条件的位置信息：
[0011]pred(x,y)≥0.8*max(pred)；
[0012]其中，(x，y)为套管针的像素位置，pred(x，y)为像素位置(x，y)被分类为套管针的置信度，max(pred)为所述U－Net网络的输出图像的整体最大值。
[0013]作为优选方案，在所述对套管针的旋转角度进行参数化之前，还包括：对所述套管针的满足预设条件的位置信息进一步处理，具体地：
[0014]计算每七个连续图像帧中所述位置信息的中值，并分别计算中值和所述七个连续图像帧中各所述位置信息之间的欧几里得距离，对欧几里得距离小于等于四分之一标准差的位置信息进行平均，以获得所述套管针的最终位置信息。
[0015]作为优选方案，所述获得所述套管针的旋转矩阵，具体为：
[0016]获取所述套管针在z方向上的旋转矩阵R
z
和所述套管针在y方向上的旋转矩阵R
y
，计算所述套管针的六维旋转矩阵R：
[0017][0018]其中，R1、R2、R3分别为所述六维旋转矩阵R的列。
[0019]作为优选方案，所述根据所述套管针的旋转矩阵，获得所述套管针的取向，具体为：
[0020]获取所述数据集中所述套管针的真值根据所述套管针的旋转矩阵计算所述套管针的取向：
[0021][0022]其中，所述套管针的取向以所述套管针的旋转矩阵和所述套管针的真值之间的夹角Δθ进行表示。
[0023]相应的，本专利技术还提供了一种机器人辅助的套管针自动对接装置，包括训练模块、检测模块、旋转矩阵模块和对接模块；其中，
[0024]所述训练模块用于获取套管针的数据集，通过预设的U－Net网络进行训练，获得第一模型；
[0025]所述检测模块用于通过所述第一模型，检测待测图像中所述套管针的位置，输出所述套管针的满足预设条件的位置信息；
[0026]所述旋转矩阵模块用于根据所述套管针的满足预设条件的位置信息，对套管针的旋转角度进行参数化，获得所述套管针的旋转矩阵；
[0027]所述对接模块用于根据所述套管针的旋转矩阵，获得所述套管针的取向，并根据所述套管针的取向，控制机器人末端的器械与所述套管针进行对接。
[0028]作为优选方案，所述检测模块输出所述套管针的满足预设条件的位置信息，具体为：
[0029]所述检测模块输出所述套管针满足以下条件的位置信息：
[0030]pred(x,y)≥0.8*max(pred)；
[0031]其中，(x，y)为套管针的像素位置，pred(x，y)为像素位置(x，y)被分类为套管针的置信度，max(pred)为所述U－Net网络的输出图像的整体最大值。
[0032]作为优选方案，所述套管针自动对接装置还包括筛选模块，所述筛选模块用于在所述旋转矩阵模块对套管针的旋转角度进行参数化之前，对所述套管针的满足预设条件的位置信息进一步处理，具体地：
[0033]所述筛选模块计算每七个连续图像帧中所述位置信息的中值，并分别计算中值和所述七个连续图像帧中各所述位置信息之间的欧几里得距离，对欧几里得距离小于等于四分之一标准差的位置信息进行平均，以获得所述套管针的最终位置信息。
[0034]作为优选方案，所述旋转矩阵模块获得所述套管针的旋转矩阵，具体为：
[0035]所述旋转矩阵模块获取所述套管针在z方向上的旋转矩阵R
z
和所述套管针在y方向上的旋转矩阵R
y
，计算所述套管针的六维旋转矩阵R：
[0036][0037]其中，R1、R2、R3分别为所述六维旋转矩阵R的列。
[0038]作为优选方案，所述对接模块根据所述套管针的旋转矩阵，获得所述套管针的取向，具体为：
[0039]所述对接模块获取所述数据集中所述套管针的真值根据所述套管针的旋转矩阵计算所述套管针的取向：
[0040][0041]其中，所述套管针的取向以所述套管针的旋转矩阵和所述套管针的真值之间的夹角Δθ进行表示。
[0042]相比于现有技术，本专利技术实施例具有如下有益效果：
[0043]本专利技术实施例提供了一种机器人辅助的套管针自动对接方法和装置，所述方法包括：获取套管针的数据集，通过预设的U－Net网络进行训练，获得第一模型；通过所述第一模型，检测待测图像中所述套管针的位置，输出所述套管针的满足预设条件的位置信息；根据所述套管针的满足预设条件的位置信息，对套管针的旋转角度进行参数化，获得所述套管针的旋转矩阵；根据所述套管针的旋转矩阵，获得所述套管针的取向，并根据所述套管针的取向，控制机器人末端的器械与所述套管针进行对接。本专利技术相对于现有技术，通过U－Net网络检测套管针的位置，并获取套管针的取向，能够精确控制机器人末端的器械与套管针进行对接，实现自动判断套管针位姿，能够适应可视性较差的体内手术项目。
附图说明
[0044]图1：为本专利技术提供的机器人辅助的套管针自动对接方法的一种实施例的流程示意图。
[0045]图2：为本专利技术提供的机器人辅助的套管针自动对接装置的一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0046]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人辅助的套管针自动对接方法，其特征在于，包括：获取套管针的数据集，通过预设的U－Net网络进行训练，获得第一模型；通过所述第一模型，检测待测图像中所述套管针的位置，输出所述套管针的满足预设条件的位置信息；根据所述套管针的满足预设条件的位置信息，对套管针的旋转角度进行参数化，获得所述套管针的旋转矩阵；根据所述套管针的旋转矩阵，获得所述套管针的取向，并根据所述套管针的取向，控制机器人末端的器械与所述套管针进行对接。2.如权利要求1所述的一种机器人辅助的套管针自动对接方法，其特征在于，所述输出所述套管针的满足预设条件的位置信息，具体为：输出所述套管针满足以下条件的位置信息：pred(x,y)≥0.8*max(pred)；其中，(x，y)为套管针的像素位置，pred(x，y)为像素位置(x，y)被分类为套管针的置信度，max(pred)为所述U－Net网络的输出图像的整体最大值。3.如权利要求1所述的一种机器人辅助的套管针自动对接方法，其特征在于，在所述对套管针的旋转角度进行参数化之前，还包括：对所述套管针的满足预设条件的位置信息进一步处理，具体地：计算每七个连续图像帧中所述位置信息的中值，并分别计算中值和所述七个连续图像帧中各所述位置信息之间的欧几里得距离，对欧几里得距离小于等于四分之一标准差的位置信息进行平均，以获得所述套管针的最终位置信息。4.如权利要求1至3任意一项所述的一种机器人辅助的套管针自动对接方法，其特征在于，所述获得所述套管针的旋转矩阵，具体为：获取所述套管针在z方向上的旋转矩阵R
z
和所述套管针在y方向上的旋转矩阵R
y
，计算所述套管针的六维旋转矩阵R：其中，R1、R2、R3分别为所述六维旋转矩阵R的列。5.如权利要求4所述的一种机器人辅助的套管针自动对接方法，其特征在于，所述根据所述套管针的旋转矩阵，获得所述套管针的取向，具体为：获取所述数据集中所述套管针的真值根据所述套管针的旋转矩阵计算所述套管针的取向：其中，所述套管针的取向以所述套管针的旋转矩阵和所述套管针的真值之间的夹角Δθ进行表示。6.一种机器人辅助的套管针自动对接装置，其特征在于，包括训练模块、检测模块、旋转矩阵模块和对接模块；其中，
所述训练模块用于获取套...

【专利技术属性】
技术研发人员：林生智，晏丕松，
申请(专利权)人：广州市微眸医疗器械有限公司，
类型：发明
国别省市：