[发明专利]全自动静脉穿刺机器人多层控制系统

说明书

一种全自动静脉穿刺机器人多层控制系统，属于机器人控制技术领域。本发明针对现有全自动静脉穿刺机器人的控制中，无法实现穿刺过程中动作的自主决策进而会造成患者不适的问题。分为感知与决策层、控制层及执行层，采用红外相机获取待穿刺手臂的双目相机图像；上位机对图像进行处理确定最终穿刺决策；多轴运动控制卡根据最终穿刺决策获得轨迹规划结果，将运动量分配到末端多轴运动的各个轴上，通过驱动器带动直流伺服电机驱动机器人末端执行器动作；多维力传感器采集末端执行器穿刺力信号给上位机，对穿刺决策进行调整；编码器将电机当前位置反馈给多轴运动控制卡，对轨迹规划结果进行实时调整。本发明可实现对全自动静脉穿刺机器人的多层控制。

技术领域

本发明涉及全自动静脉穿刺机器人多层控制系统，属于机器人控制技术领域。

背景技术

目前，临床上实施静脉穿刺主要依靠熟练的医护人员进行操作，这些医护人员需要经过专门的培训。其操作过程包括：在病人的手臂上扎止血带，然后让病人握拳使静脉血管突出，最后进行静脉穿刺。人工静脉穿刺对医护人员的经验和熟练度要求较高。即便是有经验的医护人员，当面对肤色较黑、静脉较深、覆盖伤症、纹身及毛发的病人，尤其是婴幼儿、老年人、肥胖者以及脱水病人等，要实现准确的静脉穿刺过程依然十分困难。

随着计算机视觉和机器人技术的进步，对全自动静脉穿刺机器人的需求已经越来越强烈。目前对全自动静脉穿刺机器人的控制方法中，无法实现机器人在穿刺过程中动作的自主决策，因而无法根据当前的实际状况有针对性的修正穿刺过程，进而会造成患者的不适感，甚至在一定程度上造成患者的痛苦。

发明内容

针对现有全自动静脉穿刺机器人的控制中，无法实现穿刺过程中动作的自主决策进而会造成患者不适的问题，本发明提供一种全自动静脉穿刺机器人多层控制系统。

本发明所述一种全自动静脉穿刺机器人多层控制系统，包括：

采用两台近红外相机基于视差原理获取待穿刺手臂的双目相机图像；

上位机对双目相机图像进行立体矫正以及立体匹配，获得待穿刺手臂的血管深度；基于所述血管深度进行映射，获得血管点云图；再由血管点云图提取血管中心线，进而确定最终穿刺决策；

多轴运动控制卡根据最终穿刺决策获得轨迹规划结果，将运动量分配到末端多轴运动的各个轴上，并向对应于每个轴的驱动器发送运动指令，使驱动器驱动对应的直流伺服电机，从而共同带动机器人末端执行器动作；

在末端执行器动作的过程中，通过多维力传感器采集末端执行器穿刺力信号，并传送至上位机，上位机在现有最终穿刺决策的基础上，对穿刺决策进行调整；同时，每个直流伺服电机通过装设的编码器将电机当前位置反馈给多轴运动控制卡，多轴运动控制卡结合调整后的穿刺决策以及电机当前位置对所述轨迹规划结果进行实时调整，直至完成穿刺。

根据本发明所述的全自动静脉穿刺机器人多层控制系统，所述两台近红外相机相距58mm，对称布置于待穿刺手臂正上方300mm处。

根据本发明所述的全自动静脉穿刺机器人多层控制系统，所述确定最终穿刺决策包括：

在血管中心线上等距设置决策点，依据各决策点处血管直径、角度、深度和直线度对决策点进行评价，获得最佳穿刺点、穿刺角度和穿刺深度，形成最终穿刺决策。

根据本发明所述的全自动静脉穿刺机器人多层控制系统，

所述轨迹规划结果的获得方法包括：在笛卡尔空间下进行轨迹规划，利用遗传算法获得穿刺时间最短路径，然后通过逆运动学解算，获得所述各个轴的运动量。

根据本发明所述的全自动静脉穿刺机器人多层控制系统，

上位机在现有最终穿刺决策的基础上，对穿刺决策进行调整的方法包括：