【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医疗设备图形，尤其涉及一种医疗手术机器人预碰撞检测方法、系统、设备及存储介质。
技术介绍
1、机器人碰撞检测可以大致分为两类：
2、发生碰撞后，通过检测电流、力矩或者编码器的值来判断碰撞的发生；
3、发生碰撞前，通过建模判断机器人发生碰撞,这种方式被称为机器人的预碰撞。
4、通过检测电流、力矩以及编码器的方式来判断碰撞是否发生，这需要与周围环境发生接触后才能停止，这在医疗中这种与人体可能发生硬接触的环境是不被允许的，所以需要在碰撞之前做出决策。
技术实现思路
1、为了改善上述技术问题，本专利技术提供一种预碰撞检测方法，包括：
2、s1.获取对象的医疗图像信息，将其处理为与机械臂导航定位装置配准的空间几何体信息，将所述空间几何体信息作为场景；
3、s2.简化场景几何模型；
4、s3.根据场景和机械臂状态进行预碰撞检测；其中，忽略自碰撞，进行外部环境的碰撞检测；
5、在所述外部环境的碰撞检测环节中，基于半空间的方法，通过计算机械臂末端执行器几何体顶点到半空间边界平面的有向距离，来确定几何体与半空间边界的相交情况；
6、所述半空间边界平面通过选取所述对象模型平面上的一个点和该平面的法向量来得到。
7、根据本专利技术的实施方案，所述医疗图像包括但不限于对象的头部图像，例如为对象的口腔图像。
8、根据本专利技术的实施方案，步骤s2包括：将机械臂连杆处理为胶囊体
9、根据本专利技术的实施方案，所述自碰撞包括机械臂连杆、机械臂关节与台车任意两者之间或三者之间的碰撞。
10、根据本专利技术的实施方案，所述外部环境的碰撞检测包括机械臂末端执行器与对象位置的碰撞对检测。在一种实施方式中，指机械臂末端执行器与对象口腔模型存在的碰撞。
11、根据本专利技术的实施方案，所述机械臂状态由机械臂实时位姿数据确定。
12、根据本专利技术的实施方案，步骤s3中，有向距离代表顶点到平面的最短距离。
13、
14、其中，d为机械臂与的欧式距离，是患者平面法向量，p点是机械臂末端执行器上的集合中一个点，q为患者所在平面上的一点。
15、根据本专利技术的实施方案，步骤s3，若所有顶点的有向距离都是正或都是负，则所述机械臂末端执行器几何体完全位于半空间的一侧；若顶点的有向距离中既有正数也有负数，则所述机械臂末端执行器几何体与半空间边界相交。
16、根据本专利技术的实施方案，步骤s3包括粗检测和精细碰撞检测，当粗检测达到预设的阈值时，返回碰撞距离并转入精细碰撞检测过程。所述精细碰撞检测过程需要处理包围体层次结构(bvh)数据结构，该结构详细描述了几何体的形状和结构信息。
17、根据本专利技术的实施方案，所述检测方法还包括采集导航定位端机械臂、导航定位端目标位置的空间信息，将所述空间信息统一转化到机械臂基座坐标系下，并输出机械臂位姿转换矩阵，完成空间转换。
18、根据本专利技术的实施方案，所述检测方法还包括步骤s4，根据所述碰撞检测结果调整机械臂的动作。
19、本专利技术还提供一种预碰撞检测系统，包括：
20、图像处理模块，用于采集、接收医疗扫描图像，处理所述医疗扫描图像的信息，将所述信息与机械臂导航定位装置进行配准、处理，得到的附带空间位置的几何体信息传入所述几何处理单元中作为场景；
21、导航定位处理单元，包括发射端、机械臂接收端和目标位置接收端，所述发射端光学定位到接收端的位置，获取当前接收端在导航空间中的位姿矩阵；
22、几何处理单元，用于将系统构件进行模型化处理，采用三角面片作为图元信息；获取所述由所述图像处理模块传送的附带空间位置的几何体信息；获取所述机械控制模块传输的机械臂位姿数据；
23、机械臂控制模块，向所述几何处理单元传送机械臂位姿数据；
24、中央控制单元，与所述图像处理模块、导航定位处理单元、几何处理单元和机械臂控制模块分别连接；用于处理和分析所述场景中的数据和机械臂的位姿信息，处理导航空间定位信息；管理所述几何处理单元的碰撞对策略以及使用三角面片来检测碰撞对之间的碰撞；以及对预碰撞检测结果的处理和交互。
25、优选地，所述预碰撞检测方法在所述预碰撞检测系统中进行。
26、本专利技术还提供一种手术机器人，包括上述预碰撞检测系统。
27、本专利技术还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述预碰撞检测方法的步骤。
28、本专利技术还提供一种计算机可读取存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述预碰撞检测方法的步骤。
29、有益效果
30、本专利技术的方法能够实时计算机器人末端执行器的位置和速度，以及其与对象的相对位置，可以预测其运动路径是否会与环境中的物体尤其是患者相交。如果检测到潜在的交叉点，系统可以提前调整机器人的运动，避免与人体或其他敏感物体的任何直接接触。该检测方法和系统尤其适用于医疗环境中，不仅提高了操作的安全性，而且还能保持手术的精细度和效率。
31、术语定义：
32、所述“对象”指被治疗对象，包括但不限于哺乳动物，例如为人。
33、所述“医疗图像”包括但不限于计算机断层扫描(computed tomography，ct)图像、磁共振成像(magneticresonance imaging，mri)、正电子发射断层成像(positronemission computedtomography，pet)等三维医学图像。
34、所述“计算机可读取存储介质”包括但不限于：只读存储器(rom，read onlymemory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁盘或光盘等。
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1.一种预碰撞检测方法，其特征在于，所述检测方法包括：
2.根据权利要求1所述的预碰撞检测方法，其特征在于，所述医疗图像包括但不限于对象的头部图像，例如为对象的口腔图像。
3.根据权利要求1所述的预碰撞检测方法，其特征在于，步骤S2包括：将机械臂连杆处理为胶囊体包围盒，将机械臂关节处理为圆柱体包围盒，将用于固定机械臂的台车处理为矩形包围盒，机械臂末端执行器与机械臂手腕固连，采用三角面片作为图元信息。
4.根据权利要求1所述的预碰撞检测方法，其特征在于，所述自碰撞包括机械臂连杆、机械臂关节与台车任意两者之间或三者之间的碰撞；
5.根据权利要求1所述的预碰撞检测方法，其特征在于，步骤S3中，有向距离代表顶点到平面的最短距离，
6.根据权利要求1所述的预碰撞检测方法，其特征在于，步骤S3包括粗检测和精细碰撞检测，当粗检测达到预设的阈值时，返回碰撞距离并转入精细碰撞检测过程。所述精细碰撞检测过程需要处理包围体层次结构(BVH)数据结构，该结构详细描述了几何体的形状和结构信息；
7.一种预碰撞检测系统，其特征在于，所述
8.一种手术机器人，其特征在于，所述手术机器人包括权利要求7所述的预碰撞检测系统。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-6任一项所述预碰撞检测方法的步骤。
10.一种计算机可读取存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-6任一项所述预碰撞检测方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种预碰撞检测方法，其特征在于，所述检测方法包括：
2.根据权利要求1所述的预碰撞检测方法，其特征在于，所述医疗图像包括但不限于对象的头部图像，例如为对象的口腔图像。
3.根据权利要求1所述的预碰撞检测方法，其特征在于，步骤s2包括：将机械臂连杆处理为胶囊体包围盒，将机械臂关节处理为圆柱体包围盒，将用于固定机械臂的台车处理为矩形包围盒，机械臂末端执行器与机械臂手腕固连，采用三角面片作为图元信息。
4.根据权利要求1所述的预碰撞检测方法，其特征在于，所述自碰撞包括机械臂连杆、机械臂关节与台车任意两者之间或三者之间的碰撞；
5.根据权利要求1所述的预碰撞检测方法，其特征在于，步骤s3中，有向距离代表顶点到平面的最短距离，
6.根据权利要求1所述的预碰撞检测方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：马净植，陈苏蓉，胡靖宇，杨焰，邬微微，陈盼，周耕宇，
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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