本发明专利技术属于医疗器械技术领域，具体涉及一种基于协作机械臂辅助排便装置，包括：机械臂、双目深度相机、主控系统、污桶传感器；机械臂包括硅胶盾构探头、注水控制器；污桶传感器包括排便结果量感应单元和排便结果硬度感应单元；主控系统包括图像处理单元和机械臂控制单元；双目深度相机获得待检测肛门图像，对待检测肛门进行定位识别，控制机械臂的盾构探头对待检测肛门进行辅助排便；污桶传感器获取排便结果，对排便结果进行实时检测，依据排便结果的实时检测结果控制机械臂做出调整。本发明专利技术帮助便秘人群在排便困难、行动不便、无陪护等情况下能有效、舒适地辅助排便，与现有便秘治疗方法相比，更加智能、自动地协助患者排便。自动地协助患者排便。自动地协助患者排便。
【技术实现步骤摘要】
一种基于协作机械臂辅助排便装置
[0001]本专利技术涉及医疗器械
，特别涉及一种基于协作机械臂辅助排便装置。
技术介绍
[0002]功能性便秘（Functional Constipation，FC）是排除了胃肠道器质性疾病、内分泌疾病及药物等继发性因素所致的便秘，为常见的胃肠道疾病之一。普通人群FC患病率为3%
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17%，其中，女性是男性的两倍。在养老院，80% 65岁以上的居民患有慢性便秘。FC临床表现为持续性排便困难、排便次数减少或排便不尽，症状包括大便硬结、腹胀、腹痛等。随着现代人生活负载变大，生活作息不规律以及饮食习惯影响，越来越多的人具有功能性便秘的表现。长期便秘不仅会引起肛裂、痔疮、直肠脱垂等肛肠疾病，还会诱发心脑血管意外甚至猝死，也会导致结直肠癌、肝性脑病的发生，严重影响人们的身心健康。
[0003]当前的辅助排便方案从一定程度上协助解决患者便秘问题，但存在患者体验感差、使用不方便、排便不尽等不足，原因如下：（1）设备探头结构和材质未根据人体肠道结构设计，患者使用体验感差；（2）智能化性能差，肛门内辅助排便需要在他人协助下完成操作，在缺少陪护的情况下，患者自己难以使用。
[0004]（3）未对干结粪便硬度进行评价，导致导出粪便不彻底，有排便不尽感。
技术实现思路
[0005]针对肛门口位置自动识别模型泛化能力不强，训练困难的问题，本专利技术请求保护一种基于协作机械臂辅助排便装置。
[0006]根据本专利技术第一方面，本专利技术请求保护一种基于协作机械臂辅助排便装置，包括：机械臂、双目深度相机、主控系统、污桶传感器；所述机械臂包括硅胶盾构探头、注水控制器；所述污桶传感器包括排便结果量感应单元和排便结果硬度感应单元；所述主控系统包括图像处理单元和机械臂控制单元；所述双目深度相机获得待检测肛门图像，对待检测肛门进行定位识别，控制所述机械臂的硅胶盾构探头对所述待检测肛门进行辅助排便；所述污桶传感器获取排便结果，对所述排便结果进行实时检测，依据所述排便结果的实时检测结果控制所述机械臂做出调整。
[0007]进一步的，所述硅胶盾构探头表面具有特定纹理，内置隐藏探针齿轮，探针未接受到粉碎功能命令时，探针齿轮隐藏，在探针接受到粉碎功能命令时，探针齿轮伸出，执行相应的粉碎功能；探针齿轮隐藏时，探头为逆向竖立结构，使得探头在润滑后能够快速进入肛门；机械臂末端设置送液设备，将润滑液送到探头内部，润滑液可从探头顶端和经探针打孔位置流出，用于润滑和软化粪便。
[0008]进一步的，机械臂采用后三轴Z轴相交于一点的结构，同时机械臂关节长度相同且取整。
[0009]进一步的，协助机械臂的操作由双轴机械手、舵机、伺服电机和直线模组组成的一个六自由度机械臂，双目深度相机获取肛门口三维坐标信息后将坐标传递给主机 CPU 进行处理，硅胶盾构探头的机械臂末端控制是 CPU 获得坐标信息后的反馈运动。
[0010]进一步的，所述双目深度相机在图像中自动找到机械臂的末端坐标，将ArUco标签粘贴到机械臂末端，并将粘贴好的机械臂末端置于相机拍摄范围内；标定点覆盖机械臂末端的整个运动空间，选择工作空间中的一个立方体的八个顶点作为标定点。
[0011]进一步的，所述获得待检测肛门图像，对待检测肛门进行定位识别，控制所述机械臂的硅胶盾构探头对所述待检测肛门进行辅助排便，具体包括：获得待检测肛门图像，依据所述肛门位置自动识别模型对待检测肛门进行定位识别，得到待检测肛门；控制所述机械臂的硅胶盾构探头对所述待检测肛门进行辅助排便，并实时获取所述待检测肛门的肠道段特征和肠道蠕动特征；分析待深入肠道段的肠道段特征，所述肠道段特征用于表示所述待深入肠道段的肠道段属性和硅胶盾构探头在所述待深入肠道段上的辅助排便行为；获取网格肠道段集合的网格肠道段特征，所述网格肠道段集合包括位于所述待深入肠道段的同一网格内的多条肠道段，所述网格肠道段特征用于表示网格肠道段集合内各个肠道段的整体肠道段属性和硅胶盾构探头在各个肠道段不同采样位置上的辅助排便行为；根据所述待深入肠道段的肠道段特征和所述网格肠道段集合的网格肠道段特征，确定所述待深入肠道段以每个网格为参照时处于不同粪便堵塞硬度的概率值；根据所述待深入肠道段以每个网格为参照时处于不同粪便堵塞硬度的概率值和所述待深入肠道段的肠道段特征，评价所述待深入肠道段的粪便堵塞硬度；依据所述待深入肠道段的粪便堵塞硬度和所述肠道蠕动特征控制所述机械臂的硅胶盾构探头调整所述待检测肛门的辅助排便行为。
[0012]进一步的，所述获取排便结果，对所述排便结果进行实时检测，依据所述排便结果的实时检测结果控制所述机械臂做出调整，具体包括：获取所述排便结果，机械臂控制单元设置排便结果量感应单元和排便结果硬度感应单元，排便结果量感应单元感应排便结果量，排便结果硬度感应单元获得当前时刻排便结果硬度情况，建立一一映射；当二者不满足映射关系时，确定可能涉及的若干排便结果检测单元，机械臂控制单元发送指令至所述排便结果检测单元，其中排便结果检测单元安装设置机械臂定位单元，通讯单元，摄像单元，三者均与控制单元连接；控制排便结果检测单元拍照获取排便结果照片信息；控制单元将排便结果照片信息附带机械臂定位单元所采集的位置信息，回传至机械臂控制单元；机械臂控制单元对排便结果照片信息，制定机械臂调整方案。
[0013]进一步的，所述获取网格肠道段集合的网格肠道段特征之前，还包括：以所述待深入肠道段的中心点为中心，以预设长度为网格长度，分别向所述待深入肠道段的上游肠道段和下游肠道段进行扩展，得到中心网格；将所述中心网格沿着所述待深入肠道段的上游肠道段和下游肠道段进行表示，得到多个表示网格；以所述待深入肠道段的边缘为起点，以所述预设长度为网格长度，分别向所述待深入肠道段的上游肠道段和下游肠道段进行扩展，得到两个边缘网格；将位于所述中心网格、每个表示网格或每个边缘网格内的各个肠道段组成一个网格肠道段集合。
[0014]进一步的，所述根据所述待深入肠道段的肠道段特征和所述网格肠道段集合的网格肠道段特征，确定所述待深入肠道段以每个网格为参照时处于不同粪便堵塞硬度的概率值，包括：根据所述网格肠道段集合所属的网格，将所述待深入肠道段的肠道段特征和所述网格肠道段集合的网格肠道段特征输入到每个网格的网格肠道段模型中，输出所述待深入肠道段以每个网格为参照时处于不同粪便堵塞硬度的概率值；其中，所述网格肠道段模型用于基于肠道段特征和网格肠道段特征，确定肠道段以当前网格为参照时处于不同粪便堵塞硬度的概率值。
[0015]进一步的，所述根据所述网格肠道段集合所属的网格，将所述待深入肠道段的肠道段特征和所述网格肠道段集合的网格肠道段特征输入到每个网格的网格肠道段模型中之前，还包括：获取多个训练样本肠道段的肠道段特征；获取每个训练样本肠道段的每个网格训练样本肠道段的网格肠道段特征，每个网格训练样本包括位于每个训练样本肠道段的不同网格内的多条肠道段；获取每个训练样本肠道段的真实粪便堵塞硬度；根据所述多个训练样本肠道段的肠道段特本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于协作机械臂辅助排便装置，其特征在于，包括：机械臂、双目深度相机、主控系统、污桶传感器；所述机械臂包括硅胶盾构探头、注水控制器；所述污桶传感器包括排便结果量感应单元和排便结果硬度感应单元；所述主控系统包括图像处理单元和机械臂控制单元；所述双目深度相机获得待检测肛门图像，对待检测肛门进行定位识别，控制所述机械臂的硅胶盾构探头对所述待检测肛门进行辅助排便；所述污桶传感器获取排便结果，对所述排便结果进行实时检测，依据所述排便结果的实时检测结果控制所述机械臂做出调整。2.如权利要求1所述的基于协作机械臂辅助排便装置，其特征在于，具体包括：所述硅胶盾构探头表面具有特定纹理，内置隐藏探针齿轮，探针未接受到粉碎功能命令时，探针齿轮隐藏，在探针接受到粉碎功能命令时，探针齿轮伸出，执行相应的粉碎功能；探针齿轮隐藏时，探头为逆向竖立结构，使得探头在润滑后能够快速进入肛门；机械臂末端设置送液设备，将润滑液送到探头内部，润滑液可从探头顶端和经探针打孔位置流出，用于润滑和软化粪便。3.如权利要求2所述的一种基于协作机械臂辅助排便装置，其特征在于，具体包括：机械臂采用后三轴Z轴相交于一点的结构，同时机械臂关节长度相同且取整。4.如权利要求3所述的基于协作机械臂辅助排便装置，其特征在于，具体包括：协助机械臂的操作由双轴机械手、舵机、伺服电机和直线模组组成的一个六自由度机械臂，双目深度相机获取肛门口三维坐标信息后将坐标传递给主机 CPU 进行处理，硅胶盾构探头的机械臂末端控制是 CPU 获得坐标信息后的反馈运动。5.如权利要求4所述的一种基于协作机械臂辅助排便装置，其特征在于，具体包括：所述双目深度相机在图像中自动找到机械臂的末端坐标，将ArUco标签粘贴到机械臂末端，并将粘贴好的机械臂末端置于相机拍摄范围内；标定点覆盖机械臂末端的整个运动空间，选择工作空间中的一个立方体的八个顶点作为标定点。6.如权利要求1所述的一种基于协作机械臂辅助排便装置，其特征在于，还包括：所述获得待检测肛门图像，对待检测肛门进行定位识别，控制所述机械臂的硅胶盾构探头对所述待检测肛门进行辅助排便，具体包括：获得待检测肛门图像，依据所述肛门位置自动识别模型对待检测肛门进行定位识别，得到待检测肛门；控制所述机械臂的硅胶盾构探头对所述待检测肛门进行辅助排便，并实时获取所述待检测肛门的肠道段特征和肠道蠕动特征；分析待深入肠道段的肠道段特征，所述肠道段特征用于表示所述待深入肠道段的肠道段属性和硅胶盾构探头在所述待深入肠道段上的辅助排便行为；获取网格肠道段集合的网格肠道段特征，所述网格肠道段集合包括位于所述待深入肠道段的同一网格内的多条肠道段，所述网格肠道段特征用于表示网格肠道段集合内各个肠道段的整体肠道段属性和硅胶盾构探头在各个肠道段不同采样位置上的辅助排便行为；根据所述待深入肠道段的肠道段特征和所述网格肠道段集合的网格肠道段特征，确定
所述待深入肠道段以每个网格为参照时处于不同粪便堵塞硬度的概率值；根据所述待深入肠道段以每个网格为参照时处于不同粪便堵塞硬度的概率值和所述待深入肠道段的肠道段特征，评价所述待深入肠道段的粪便堵塞硬度；依据所述待深入肠道段的粪便堵塞硬度和所述肠道蠕动特征控制所述机械臂的硅胶盾构探头调整所述待检测肛门的辅助排便行为。7.如权利要求6所述的一种基于协作机械臂辅助排便装置，其特征在于，所述获取排便...
【专利技术属性】
技术研发人员：苟莉，杨波，
申请(专利权)人：四川省医学科学院，
类型：发明
国别省市：
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