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超声机器人扫描控制方法、装置、设备及存储介质
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2023-09-14 17:16:14
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：天津市滨海新区| 宋学姮 | 2023-10-07 11:25:24
本发明公开了一种超声机器人扫描控制方法、装置、设备及存储介质，其中方法包括：在低阻尼模式下，控制机械臂向人体的待扫描区域移动以接触人体，且当接触力达到目标接触力时，进入高精度模式；在高精度模式下，实时获取机械臂末端的交互力和空间位置，并结合目标接触力计算得到目标关节力矩，再根据第一预设阻尼值和目标关节力矩控制机械臂进行超声扫描，低阻尼模式下的阻尼值低于第一预设阻尼值。本发明通过在控制超声机器人进行扫描之前，机械臂自适应调整至低阻尼模式，机械臂的阻尼值降低，柔顺性好，方便操作者移动，在进行扫描时，机械臂自适应调整至高精度模式，机械臂的阻尼值升高，维持超声稳定成像。
权利要求
1.一种超声机器人扫描控制方法，其特征在于，其包括：
在低阻尼模式下，控制机械臂向人体的待扫描区域移动以接触人体，且当接触力达到目标接触力时，进入高精度模式；
在所述高精度模式下，实时获取机械臂末端的交互力和空间位置，并结合所述目标接触力计算得到目标关节力矩，再根据第一预设阻尼值和所述目标关节力矩控制所述机械臂进行超声扫描，所述低阻尼模式下的阻尼值低于所述第一预设阻尼值。
2.根据权利要求1所述的超声机器人扫描控制方法，其特征在于，所述实时获取机械臂末端的交互力和空间位置，并结合所述目标接触力计算得到目标关节力矩，再根据第一预设阻尼值和所述目标关节力矩控制所述机械臂进行超声扫描，包括：
实时获取所述机械臂末端的交互力、速度和空间位置，并结合所述目标接触力计算得到所述目标关节力矩，再根据所述第一预设阻尼值和所述目标关节力矩控制所述机械臂在指定轨迹下进行超声扫描。
3.根据权利要求2所述的超声机器人扫描控制方法
目前，机器人普遍使用在工业生产、医疗、家庭教育、物流、娱乐等场景，人机协作随之成为机器人发展的关键性研究方向之一。而医学超声检查作为一种没有辐射，成本低廉的医学影像诊断技术，被普遍用于机器人辅助手术中，在手术过程中人机交互的稳定性，安全性至关重要。该发明方案提出一种自适应阻抗算法，能自适应的根据环境实时调整阻尼，并能实现恒定接触力的扫查行为，实时跟随人体的呼吸等起伏动作，还能在误触情况下降低阻尼，保护操作者和患者，减少安全隐患。
在机器人超声扫查的过程中，存在超声探头和人体的物理接触，需要实现机器人的交互控制。而在机器人交互控制领域，可以分为直接力控和间接力控，而间接力控包括柔顺控制和阻抗控制，柔顺控制方式有被动柔顺和主动柔顺，阻抗控制细分可分为阻抗控制和导纳控制。
其中阻抗控制是通过控制机器人的运动实现间接力控的一种方法，其最终的目标，既不是直接控制机器人的运动，也不是直接控制机器人与外界的接触力，而是控制二者之间的动态关系，
目前常见的阻纳控制方案，多数为固定参数，不能根据环境自适应调整参数进而改变刚度和阻尼，故在人机交互过程中，柔顺性和智能化程度低。
中国科学院深圳先进技术研究院提升了粤港地区及我国先进制造业和现代服务业的自主创新能力，推动我国自主知识产权新工业的建立，成为国际一流的工业研究院。 深圳先进院目前已初步构建了以科研为主的集科研、教育、产业、资本为一体的微型协同创新生态系统，由九个研究平台，国科大深圳先进技术学院，多个特色产业育成基地、多支产业发展基金、多个具有独立法人资质的新型专业科研机构等组成。开展先进技术研究，促进科技发展。信息、电子、通讯技术研究新材料、新能源技术研究高性能计算、自动化、精密机械研究生物医学与医疗仪器研究相关学历教育、博士后培养与学术交流。
本申请的有益效果是：本申请的超声机器人扫描控制方法通过在控制超声机器人进行扫描之前，将超声机器人的机械臂切换至低阻尼模式下，以降低机械臂的阻尼值，使得机械臂的柔顺性更高，操作者可将机械臂进行低阻尼拖动，方便操作者将机械臂放置在人体的待扫描区域的正上方，再控制机械臂向人体的待扫描区域移动以接触人体，且当接触力达到目标接触力时，进入高精度模式，且在高精度模式下，机械臂的阻尼值升高，维持超声稳定成像，并且，根据机械臂末端的交互力和空间位置实时控制机械臂末端执行扫查任务，保证机械臂末端与人体之间有充分接触，并将机械臂末端与人体的接触力维持在指定的交互力范围，并可以根据人体呼吸幅度，自适应跟随人体表面的起伏动作，以保证超声成像效果好。
技术合作
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的计算机设备，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。以上仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
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