[发明专利]自动化协同工作组件及其在手术器械中的应用

权利要求书

1.一种自动化协同工作组件，其特征在于包括：

第一运动臂，其包括若干第一支臂和至少1个第一运动关节；

第二运动臂，其包括若干第二支臂和至少1个第二运动关节；

工作部件，其设置于第一运动臂的一端，受第一运动臂的控制而运动；

影像获取装置，其设置于第二运动臂的一端，受第二运动臂的控制而运动，对目标实施光学定位和跟踪，目标遮挡的识别和避开；

分别对第一运动臂和第二运动臂的位置、姿态和运动速度进行数值化，建立第一运动臂和第二运动臂的关联关系，并在计算机控制下实施协同运动；

实施所述的协同运动的方法如下：

影像获取装置实时获取被跟踪目标的位置和姿态，计算机通过第一运动臂上各个第一关节的旋转角度实时获知工作部件的位置和姿态，系统根据第一运动臂与第二运动臂之间的关联关系，完成被跟踪目标在影像获取装置坐标系下的位置及姿态与在第一运动臂坐标系下的位置与姿态之间的转换，使第一运动臂获取被跟踪目标在第一运动臂坐标系下的位置与姿态，进而获得预定的工作路径的具体位置与方向，驱动第一运动臂在被跟踪目标附近按预定的路径完成工作任务；

计算机实时获知工作部件的位置信息与姿态信息，以及第一运动臂的位置信息和姿态信息；

此时，设置在第二运动臂上的影像获取装置实时调整获取影像的方向，朝向第一运动臂及工作部件，并保持对第一运动臂以及工作部件进行跟踪；

接着，及时获得工作部件及第一运动臂所处的周边环境的三维计算机场景，即获得周边环境物体表面点的三维信息，得到点云，并进行网格化；

之后，根据第一运动臂上各个第一运动关节位置及周边环境物体表面点的三维信息，计算第一运动臂及工作部件与周边环境物体的最小距离，预判第一运动臂或工作部件与周边环境物体是否会发生碰撞；

当存在发生碰撞的可能时，则停止第一运动臂的移动。

2.根据权利要求1所述的自动化协同工作组件，其特征在于所述的 影像获取装置对目标实施光学定位和跟踪，目标遮挡的识别和避开的方法如下：

先对影像获取装置进行标定，获得各摄像头的内部参数和外部参数；

然后，设定影像获取装置中各摄像头按设定的频率同步曝光拍摄，对于每一次曝光重复以下各步骤：

首先，识别目标之标志点，一个目标预设1个以上的标志点，识别并确定每个摄像头所获取的影像中目标各标志点的中心位置；同时也确定各标志点中心的三维空间位置，并通过这些中心位置计算出一个目标的中心位置；

当任一摄像头所获取的影像中，识别出的目标的标志点数量少于预定数量时，判定有遮挡发生；

计算当前影像获取装置视场范围内所有物体表面的三维位置信息，得到用点云表示的物体表面，并将这些点云网格化表示，得到物体的几何边界，再按以下步骤获得一个新的影像获取装置的位置和方向：

1)在影像获取装置和目标中心位置之间的距离上建立一个球面或者平面区域，亦或是任意选定的一个规则空间的三维区域，作为查找区域，查找区域的范围由第二运动臂能够到达的范围决定；

2)在查找区域上获得若干采样点；

3)将影像获取装置的中心位置依次设定在这些采样点上，并将影像获取装置的视场方向设定为采样点与目标中心位置之间的矢量；

4)在每个采样点，根据摄像头的内部参数和外部参数，并沿视场方向旋转影像获取装置，在计算机中虚拟连续曝光拍摄，直到找到一个意向位置，使得各个摄像头同时获取到目标的所有标志点；

最后，使用第二运动臂将影像获取装置移动旋转到计算得到的意向位置。

3.根据权利要求2所述的自动化协同工作组件，其特征在于所述的内部参数包括焦距。

4.根据权利要求2所述的自动化协同工作组件，其特征在于所述的外部参数包括位置和方向。

5.根据权利要求2所述的自动化协同工作组件，其特征在于若在计算得到的所述意向位置上依然存在遮挡，则继续寻找，直到两个摄像头获取目标预设的全部标志点。