主从操作的穿刺系统和规划方法技术方案

本申请涉及一种主从操作的穿刺系统和规划方法。所述系统包括：第二机械臂，用于执行预操作，第二机械臂包括仿真模型，仿真模型和第二机械臂呈主从映射关系，仿真模型的末端用于加载仿真器械模型；控制装置，与第一机械臂、第二机械臂及显示装置分别通讯连接，控制装置根据目标对象控制第二机械臂执行预操作，使得仿真模型末端的仿真器械模型移动以获取相对目标对象的最优的目标穿刺位置和目标穿刺姿态，并根据目标穿刺位置和目标穿刺姿态控制第一机械臂带动操作工具定位到目标穿刺位置和目标穿刺姿态。上述系统中，可视化确定最优的目标穿刺位置和目标穿刺姿态，使得医生的操作引导更加直观。导更加直观。导更加直观。

【技术实现步骤摘要】
主从操作的穿刺系统和规划方法


[0001]本申请涉及机器人导航
，特别是涉及一种主从操作的穿刺系统和规划方法。

技术介绍

[0002]穿刺检查是从目标对象的体内抽取部分组织进行查验，是一种常规的医学检查。穿刺检查之前，专业人员通常会规划穿刺路径，以保证穿刺路径可以在安全准确地避开目标对象的体内重要组织的前提下，直达异常点。
[0003]现有穿刺机器人，依据穿刺检查之前医学影像与术中视觉导航配准，确定穿刺针的最佳穿刺初始位置与最佳穿刺姿态指向，然后引导机械臂运动到目标位姿，引导穿刺针植入。操作者在穿刺针植入前不能基于当前操作场景可视化的直观评价进针路径，而且操作者操作前不能可视化的动态调整进针位姿与穿刺深度，操作直观性不强。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够基于当前操作场景可视化的直观评价进针路径，并且可视化动态调整进针位姿与穿刺深度的主从操作的穿刺系统和规划方法。
[0005]第一方面，本申请提供一种主从操作的穿刺系统，主从操作的穿刺系统包括：
[0006]第一机械臂和装配于第一机械臂末端的操作工具；
[0007]第二机械臂，用于执行预操作，第二机械臂包括仿真模型，仿真模型和第二机械臂呈主从映射关系，仿真模型的末端用于加载仿真器械模型；
[0008]显示装置，用于显示目标对象图像，将仿真器械模型叠加显示于目标对象图像上；以及
[0009]控制装置，与第一机械臂、第二机械臂及显示装置分别通讯连接，控制装置根据目标对象控制第二机械臂执行预操作，使得仿真模型末端的仿真器械模型移动以获取相对目标对象的最优的目标穿刺位置和目标穿刺姿态，并根据目标穿刺位置和目标穿刺姿态控制第一机械臂带动操作工具定位到目标穿刺位置和目标穿刺姿态。
[0010]在其中一个实施例中，控制装置根据目标对象控制第二机械臂执行预操作还包括，使得仿真模型携带仿真器械模型移动获取仿真器械模型对应的目标穿刺深度。
[0011]在其中一个实施例中，获取仿真器械模型对应的目标穿刺深度还包括：约束第二机械臂末端的移动方向和仿真器械模型的轴向方向相同。
[0012]在其中一个实施例中，还包括视觉传感器，视觉传感器用于接收操作工具的实时位姿；
[0013]控制装置包括通讯连接的第一控制单元和第二控制单元，第一控制单元与第一机械臂和视觉传感器通讯连接；第二控制单元与第二机械臂和显示装置通讯连接；
[0014]其中，第二控制单元获得并发送目标穿刺位置和目标穿刺姿态至第一控制单元，
第一控制单元根据目标穿刺姿态、目标穿刺位置以及实时位姿引导第一机械臂带动操作工具定位到目标穿刺位置和目标穿刺姿态。
[0015]在其中一个实施例中，第一机械臂的关节构型和第二机械臂的关节构型相同；第二控制单元还用于获取目标穿刺位置和目标穿刺姿态下的第二机械臂的关节控制参数；
[0016]其中，第一机械臂和第二机械臂之间包括标定关系，根据标定关系和关节控制参数，控制第一机械臂的各关节，使得第一机械臂末端的操作工具定位到目标穿刺位置和目标穿刺姿态。
[0017]在其中一个实施例中，控制装置根据目标对象控制第二机械臂执行预操作中，加载于仿真模型末端的仿真器械模型的姿态相对仿真模型末端保持固定。
[0018]在其中一个实施例中，制装置根据目标对象控制第二机械臂执行预操作中，控制装置约束穿刺位置、穿刺姿态和穿刺深度中至少一个参数，控制第二机械臂执行预操作，使得仿真器械模型在穿刺位置、穿刺姿态和穿刺深度的剩余参数下移动。
[0019]在其中一个实施例中，穿刺位置包括穿刺初始位置和穿刺终点位置，其中，控制装置用于约束穿刺初始位置，移动仿真器械模型获得多个穿刺终点位置，根据穿刺初始位置和多个穿刺终点位置规划多个第一穿刺路径，多个第一穿刺路径显示于目标对象图像上；或者，控制装置用于约束穿刺终点位置，移动仿真器械模型获得多个穿刺初始位置，根据穿刺终点位置和多个穿刺初始位置规划多个第二穿刺路径，多个第二穿刺路径显示于目标对象图像上。
[0020]在其中一个实施例中，显示装置包括投射单元，投射单元与控制装置通讯连接，投射单元至少获取并投射仿真器械模型和目标对象图像至目标对象本体上。
[0021]第二方面，本申请还提供了一种主从操作的规划方法，所述方法包括：
[0022]基于目标对象控制第二机械臂执行预操作，使得第二机械臂的仿真模型末端携带仿真器械模型移动，以获取相对目标对象的最优的目标穿刺位置和目标穿刺姿态；仿真模型和第二机械臂呈主从映射关系；以及
[0023]根据目标穿刺位置和目标穿刺姿态控制第一机械臂带动操作工具定位到目标穿刺位置和目标穿刺姿态。
[0024]在其中一个实施例中，基于目标对象控制第二机械臂执行预操作，使得第二机械臂的仿真模型末端携带仿真器械模型移动，包括：
[0025]约束穿刺位置、穿刺姿态和穿刺深度中至少一个参数，控制第二机械臂执行预操作，使得仿真器械模型在穿刺位置、穿刺姿态和穿刺深度的剩余参数下移动。
[0026]在其中一个实施例中，穿刺位置包括穿刺初始位置和穿刺终点位置，控制第二机械臂执行预操作，包括：
[0027]约束穿刺初始位置，移动仿真器械模型获得多个穿刺终点位置，根据穿刺初始位置和多个穿刺终点位置规划多个第一穿刺路径；约束穿刺终点位置，移动仿真器械模型获得多个穿刺初始位置，根据穿刺终点位置和多个穿刺初始位置规划多个第二穿刺路径。
[0028]在其中一个实施例中，所述方法还包括：
[0029]获取目标对象图像；
[0030]叠加显示仿真器械模型至目标对象图像上；以及
[0031]显示仿真器械模型和目标对象图像至目标对象本体上。
[0032]第三方面，本申请还提供了一种主从操作的穿刺装置。所述装置包括：
[0033]主从操作模块，用于基于目标对象控制第二机械臂执行预操作，使得第二机械臂的仿真模型末端携带仿真器械模型移动，以获取相对目标对象的最优的目标穿刺位置和目标穿刺姿态；仿真模型和第二机械臂呈主从映射关系；以及
[0034]执行模块，用于根据目标穿刺位置和目标穿刺姿态控制第一机械臂带动操作工具定位到目标穿刺位置和目标穿刺姿态。
[0035]第四方面，本申请还提供了一种计算机设备。所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
[0036]基于目标对象控制第二机械臂执行预操作，使得第二机械臂的仿真模型末端携带仿真器械模型移动，以获取相对目标对象的最优的目标穿刺位置和目标穿刺姿态；仿真模型和第二机械臂呈主从映射关系；以及
[0037]根据目标穿刺位置和目标穿刺姿态控制第一机械臂带动操作工具定位到目标穿刺位置和目标穿刺姿态。
[0038]第五方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种主从操作的穿刺系统，其特征在于，所述主从操作的穿刺系统包括：第一机械臂和装配于所述第一机械臂末端的操作工具；第二机械臂，用于执行预操作，所述第二机械臂包括仿真模型，所述仿真模型和所述第二机械臂呈主从映射关系，所述仿真模型的末端用于加载仿真器械模型；显示装置，用于显示目标对象图像，将所述仿真器械模型叠加显示于所述目标对象图像上；以及控制装置，与所述第一机械臂、所述第二机械臂及所述显示装置分别通讯连接，所述控制装置根据目标对象控制所述第二机械臂执行所述预操作，使得所述仿真模型末端的所述仿真器械模型移动以获取相对所述目标对象的最优的目标穿刺位置和目标穿刺姿态，并根据所述目标穿刺位置和所述目标穿刺姿态控制所述第一机械臂带动所述操作工具定位到所述目标穿刺位置和所述目标穿刺姿态。2.根据权利要求1所述的主从操作的穿刺系统，其特征在于，所述控制装置根据所述目标对象控制所述第二机械臂执行所述预操作还包括，使得所述仿真模型携带所述仿真器械模型移动获取所述仿真器械模型对应的目标穿刺深度。3.根据权利要求2所述的主从操作的穿刺系统，其特征在于，获取所述仿真器械模型对应的目标穿刺深度还包括：约束所述第二机械臂末端的移动方向和所述仿真器械模型的轴向方向相同。4.根据权利要求1所述的主从操作的穿刺系统，其特征在于，还包括视觉传感器，所述视觉传感器用于接收所述操作工具的实时位姿；所述控制装置包括通讯连接的第一控制单元和第二控制单元，所述第一控制单元与所述第一机械臂和所述视觉传感器通讯连接；所述第二控制单元与所述第二机械臂和所述显示装置通讯连接；其中，所述第二控制单元获得并发送所述目标穿刺位置和所述目标穿刺姿态至所述第一控制单元，所述第一控制单元根据所述目标穿刺姿态、所述目标穿刺位置以及所述实时位姿引导所述第一机械臂带动所述操作工具定位到所述目标穿刺位置和所述目标穿刺姿态。5.根据权利要求4所述的主从操作的穿刺系统，其特征在于，所述第一机械臂的关节构型和所述第二机械臂的关节构型相同；所述第二控制单元还用于获取所述目标穿刺位置和所述目标穿刺姿态下的所述第二机械臂的关节控制参数；其中，所述第一机械臂和所述第二机械臂之间包括标定关系，根据所述标定关系和所述关节控制参数，控制所述第一机械臂的各关节，使得所述第一机械臂末端的所述操作工具定位到所述目标穿刺位置和所述目标穿刺姿态。6.根据权利要求1所述的主从操作的穿刺系统，其特征在于，所述控制装置根据所述目标对象控制所述第二机械臂执行所述预操作中，加载于所述仿真模型末端的所述仿真器械模型的姿态相对所述仿真模型末端保持固定。7.根据权利要求6所述的主...

【专利技术属性】
技术研发人员：李自汉，请求不公布姓名，请求不公布姓名，李涛，请求不公布姓名，
申请(专利权)人：苏州微创畅行机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：