【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及智能机器人，尤其涉及一种基于颈部淋巴结机器人的超声探头位姿控制方法及系统。
技术介绍
1、人体颈部区域表面曲率复杂且存在较大差异性，所以超声检查时需要不断实时调整探头的姿态，使得探头与皮肤贴合，颈部是人体脆弱部位，过大的力接触会引起人体不适和损伤。现有技术中通常采用外部相机进行人体表面三维重建，然后再规划扫查路径，导致效率低下，扫查的图像质量不高。因此，如何提升颈部淋巴结自动扫查的图像质量成为一个亟待解决的问题。
2、上述内容仅用于辅助理解本专利技术的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供了一种基于颈部淋巴结机器人的超声探头位姿控制方法及系统，旨在解决如何提升颈部淋巴结自动扫查的图像质量的技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于颈部淋巴结机器人的超声探头位姿控制方法，所述基于颈部淋巴结机器人的超声探头位姿控制方法包括：
3、采集多组颈部轮廓轨迹数据，通过最小二乘法对多组颈部轮廓轨迹数据进行多项式拟合，得到颈部轮廓曲线方程；
4、根据当前探头位置信息分别通过所述颈部轮廓曲线方程和期望姿态预测公式得到对应的下一时刻初始姿态角度和下一时刻探头期望姿态角度；
5、通过pid控制器将探头侧向力矩和探头侧向力转化为当前姿态角度变化量；
6、根据所述下一时刻初始姿态角度、所述下一时刻探头期望姿态角度及所述当前姿态角度变化量得到探头目标姿态角度；
7、基于所述探头目标姿态角度对超声探头进行位姿控制。
8、可选地，所述根据当前探头位置信息通过所述颈部轮廓曲线方程得到对应的下一时刻初始姿态角度的步骤，包括：
9、根据当前探头位置信息和预设探头滑动步长确定下一时刻探头位置信息；
10、根据所述下一时刻探头位置信息通过所述颈部轮廓曲线方程得到对应的下一时刻初始姿态角度。
11、可选地，所述根据所述下一时刻探头位置信息通过所述颈部轮廓曲线方程得到对应的下一时刻初始姿态角度的步骤，包括：
12、根据所述下一时刻探头位置信息对所述颈部轮廓曲线方程进行求导，得到下一时刻切线方程；
13、根据所述下一时刻切线方程确定超声探头轴线；
14、根据所述超声探头轴线与平面确定下一时刻初始姿态角度。
15、可选地，所述根据当前探头位置信息通过期望姿态预测公式得到对应的下一时刻探头期望姿态角度的步骤，包括：
16、根据当前探头位置信息从位置队列中选取初始探头位置信息；
17、根据所述当前探头位置信息和所述初始探头位置信息通过局部路径斜率公式得到对应的下一时刻探头期望姿态角度；
18、所述局部路径斜率公式为：
19、
20、式中，n为位置队列长度，θp为下一时刻探头期望姿态角度，pt(y)为当前时刻t探头在世界坐标系y轴方向的位置，pt(z)为当前时刻t探头在世界坐标系z轴方向的位置，pt-n+1(y)为初始时刻t-n+1探头在世界坐标系y轴方向的位置，pt-n+1(z)为初始时刻t-n+1探头在世界坐标系z轴方向的位置。
21、可选地，所述通过pid控制器将探头侧向力矩和探头侧向力转化为当前姿态角度变化量的步骤，包括：
22、基于pid控制器根据探头侧向力矩和探头侧向力通过角度变化量转化公式得到当前姿态角度变化量；
23、所述角度变化量转化公式为：
24、
25、式中，pidt为侧向力矩的pid控制器，pidf为接触力的pid控制器，τ0为设定的力矩阈值，f0为设定的接触力阈值，δθf为当前姿态角度变化量，τ为探头侧向力矩，f为探头侧向力。
26、可选地，所述根据所述下一时刻初始姿态角度、所述下一时刻探头期望姿态角度及所述当前姿态角度变化量得到探头目标姿态角度的步骤，包括：
27、根据所述下一时刻初始姿态角度、所述下一时刻探头期望姿态角度及所述当前姿态角度变化量通过加权公式得到探头目标姿态角度；
28、所述加权公式为：
29、θ＝αθ0+(1-α)θp+δθf
30、式中，θ0为下一时刻初始姿态角度，α为加权系数，θ为探头目标姿态角度。
31、此外，为实现上述目的，本专利技术还提出一种基于颈部淋巴结机器人的超声探头位姿控制系统，所述基于颈部淋巴结机器人的超声探头位姿控制系统包括：
32、拟合模块，用于采集多组颈部轮廓轨迹数据，通过最小二乘法对多组颈部轮廓轨迹数据进行多项式拟合，得到颈部轮廓曲线方程；
33、计算模块，用于根据当前探头位置信息分别通过所述颈部轮廓曲线方程和期望姿态预测公式得到对应的下一时刻初始姿态角度和下一时刻探头期望姿态角度；
34、转化模块，用于通过pid控制器将探头侧向力矩和探头侧向力转化为当前姿态角度变化量；
35、所述计算模块，还用于根据所述下一时刻初始姿态角度、所述下一时刻探头期望姿态角度及所述当前姿态角度变化量得到探头目标姿态角度；
36、控制模块，用于基于所述探头目标姿态角度对超声探头进行位姿控制。
37、此外，为实现上述目的，本专利技术还提出一种基于颈部淋巴结机器人的超声探头位姿控制设备，所述设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的基于颈部淋巴结机器人的超声探头位姿控制程序，所述基于颈部淋巴结机器人的超声探头位姿控制程序配置为实现如上文所述的基于颈部淋巴结机器人的超声探头位姿控制方法的步骤。
38、此外，为实现上述目的，本专利技术还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有基于颈部淋巴结机器人的超声探头位姿控制程序，所述基于颈部淋巴结机器人的超声探头位姿控制程序被处理器执行时实现如上文所述的基于颈部淋巴结机器人的超声探头位姿控制方法的步骤。
39、本专利技术首先采集多组颈部轮廓轨迹数据，通过最小二乘法对多组颈部轮廓轨迹数据进行多项式拟合，得到颈部轮廓曲线方程，然后根据当前探头位置信息分别通过颈部轮廓曲线方程和期望姿态预测公式得到对应的下一时刻初始姿态角度和下一时刻探头期望姿态角度，之后通过pid控制器将探头侧向力矩和探头侧向力转化为当前姿态角度变化量，根据下一时刻初始姿态角度、下一时刻探头期望姿态角度及当前姿态角度变化量得到探头目标姿态角度，最后基于探头目标姿态角度对超声探头进行位姿控制。相较于现有技术中采用外部相机进行人体表面三维重建，然后再规划扫查路径，导致效率低下，扫查的图像质量不高，而本专利技术通过计算得到的探头目标姿态角度实时调整探头的姿态，使得探头与皮肤贴合，从而提升颈部淋巴结自动扫查的图像质量。
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1.一种基于颈部淋巴结机器人的超声探头位姿控制方法，其特征在于，所述基于颈部淋巴结机器人的超声探头位姿控制方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据当前探头位置信息通过所述颈部轮廓曲线方程得到对应的下一时刻初始姿态角度的步骤，包括：
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述下一时刻探头位置信息通过所述颈部轮廓曲线方程得到对应的下一时刻初始姿态角度的步骤，包括：
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据当前探头位置信息通过期望姿态预测公式得到对应的下一时刻探头期望姿态角度的步骤，包括：
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述通过PID控制器将探头侧向力矩和探头侧向力转化为当前姿态角度变化量的步骤，包括：
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述下一时刻初始姿态角度、所述下一时刻探头期望姿态角度及所述当前姿态角度变化量得到探头目标姿态角度的步骤，包括：
7.一种基于颈部淋巴结机器人的超声探头位姿控制系统，其特征在于，所述基于颈部淋巴结机器人的超声探头
...【技术特征摘要】
1.一种基于颈部淋巴结机器人的超声探头位姿控制方法，其特征在于，所述基于颈部淋巴结机器人的超声探头位姿控制方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据当前探头位置信息通过所述颈部轮廓曲线方程得到对应的下一时刻初始姿态角度的步骤，包括：
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述下一时刻探头位置信息通过所述颈部轮廓曲线方程得到对应的下一时刻初始姿态角度的步骤，包括：
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据当前探头位置信息通过...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔新伍，张少华，
申请(专利权)人：华中科技大学同济医学院附属同济医院，
类型：发明
国别省市：
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