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公开(公告)号：CN117017507B
公开(公告)日：2023-12-19
申请号：CN202311298250.3
申请日：2023-10-09
Applicant: 华中科技大学同济医学院附属协和医院
IPC: A61B34/37
Abstract: 本发明公开了一种穿刺手术机器人的精密主从控制系统及方法，包括主从控制台、主从动作跟随模块、从主位姿映射模块和系数调整模块，主从动作跟随模块使得从端机器人的末端跟随主端机器人的末端同步移动，从主位姿映射模块用于修正主端机器人的位姿和从端机器人的位姿之间的偏差，系数调整模块的操作端通过感受操作人员输出的作用力的变化以修改主从跟随系数，同时向操作人员反馈线性变化的反向作用力，使得操作人员能够通过触觉感受主从跟随系数，在自由空间中调大主从跟随系数，以实现从端机器人的大范围快速移动，在执行手术作业时调小主从跟随系数，以实现从端机器人的小范围精细运动。
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公开(公告)号：CN110262230B
公开(公告)日：2020-08-11
申请号：CN201910455267.2
申请日：2019-05-29
Applicant: 北京航空航天大学 , 华中科技大学同济医学院附属协和医院
IPC: G05B13/04
Abstract: 本发明公开了一种基于MPC算法的柔性针穿刺路径跟踪控制方法，属于柔性针系统的控制算法领域。首先根据柔性针的运动特性，在惯性坐标系XOY下建立针尖的运动学模型并转化为状态空间方程；然后将柔性针的运动学模型进行线性化及离散化处理，得到MPC中柔性针的运动学线性时变预测模型；将柔性针的运动学模型进行线性化及离散化处理，得到MPC中柔性针的运动学线性时变预测模型；最后利用运动学线性时变预测模型实时在线求解优化目标函数，得到最优的进给速度vr和穿刺曲率K，完成柔性针穿刺路径的跟踪控制。本发明十分适合柔性针这种难以精确建模的运动模型，有助于判断穿刺手术能否继续进行。
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公开(公告)号：CN110269683A
公开(公告)日：2019-09-24
申请号：CN201910455254.5
申请日：2019-05-29
Applicant: 北京航空航天大学 , 华中科技大学同济医学院附属协和医院
Abstract: 本发明公开了一种基于差分粒子滤波算法的柔性针针尖位置与姿态估计改进方法，属于柔性针控制算法领域。首先根据柔性针的运动学特性，在惯性坐标系下搭建非高斯噪声误差的针尖运动学平面模型；然后将针尖运动学平面模型，先通过状态扩展消除模型误差中的有色噪声，再通过差分同类观测消除测量误差中的有色噪声，得到只含白噪声的扩展状态方程并进行简化。最后对简化后只含白噪声的扩展状态方程，利用差分粒子滤波器处理白噪声，结合差分粒子滤波算法对柔性针的针尖位置和姿态进行估计，对准确估计的针尖位置与姿态进行仿真验证。本发明有效处理非高斯噪声的模型误差与测量误差，在惯性坐标系下对柔性针的位置与姿态做出精确的估计。
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公开(公告)号：CN110262230A
公开(公告)日：2019-09-20
申请号：CN201910455267.2
申请日：2019-05-29
Applicant: 北京航空航天大学 , 华中科技大学同济医学院附属协和医院
IPC: G05B13/04
Abstract: 本发明公开了一种基于MPC算法的柔性针穿刺路径跟踪控制方法，属于柔性针系统的控制算法领域。首先根据柔性针的运动特性，在惯性坐标系XOY下建立针尖的运动学模型并转化为状态空间方程；然后将柔性针的运动学模型进行线性化及离散化处理，得到MPC中柔性针的运动学线性时变预测模型；将柔性针的运动学模型进行线性化及离散化处理，得到MPC中柔性针的运动学线性时变预测模型；最后利用运动学线性时变预测模型实时在线求解优化目标函数，得到最优的进给速度vr和穿刺曲率K，完成柔性针穿刺路径的跟踪控制。本发明十分适合柔性针这种难以精确建模的运动模型，有助于判断穿刺手术能否继续进行。
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公开(公告)号：CN117017507A
公开(公告)日：2023-11-10
申请号：CN202311298250.3
申请日：2023-10-09
Applicant: 华中科技大学同济医学院附属协和医院
IPC: A61B34/37
Abstract: 本发明公开了一种穿刺手术机器人的精密主从控制系统及方法，包括主从控制台、主从动作跟随模块、从主位姿映射模块和系数调整模块，主从动作跟随模块使得从端机器人的末端跟随主端机器人的末端同步移动，从主位姿映射模块用于修正主端机器人的位姿和从端机器人的位姿之间的偏差，系数调整模块的操作端通过感受操作人员输出的作用力的变化以修改主从跟随系数，同时向操作人员反馈线性变化的反向作用力，使得操作人员能够通过触觉感受主从跟随系数，在自由空间中调大主从跟随系数，以实现从端机器人的大范围快速移动，在执行手术作业时调小主从跟随系数，以实现从端机器人的小范围精细运动。
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Patent Agency Ranking
公开(公告)号：CN111603241B
公开(公告)日：2023-06-27
申请号：CN202010476353.4
申请日：2020-05-29
Applicant: 北京航空航天大学 , 华中科技大学同济医学院附属协和医院
Abstract: 本发明公开了一种基于差分粒子滤波的医疗机器人定位装置和改进方法，属于软组织自动穿刺手术装置的改进，包括图像传感系统、电控系统、执行系统和上位机；模型计算器，状态扩展器和差分粒子滤波器；模型计算器根据装配柔性针的医疗机器人的运动学特性，在惯性坐标系XOY下搭建非高斯噪声误差的针尖运动学平面模型；状态扩展器对针尖运动学平面模型进行改进，消除模型误差和测量误差中的有色噪声，得到只含白噪声的扩展状态方程并进行简化；最后对只含白噪声的扩展状态方程结合差分粒子滤波理论搭建差分粒子滤波估计器处理白噪声，对柔性针针尖位置和姿态进行估计。本发明能有效处理非高斯噪声的模型误差与测量误差，精确估计医疗机器人的位置姿态。
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公开(公告)号：CN111603241A
公开(公告)日：2020-09-01
申请号：CN202010476353.4
申请日：2020-05-29
Applicant: 北京航空航天大学 , 华中科技大学同济医学院附属协和医院
Abstract: 本发明公开了一种基于差分粒子滤波的医疗机器人定位装置和改进方法，属于软组织自动穿刺手术装置的改进，包括图像传感系统、电控系统、执行系统和上位机；模型计算器，状态扩展器和差分粒子滤波器；模型计算器根据装配柔性针的医疗机器人的运动学特性，在惯性坐标系XOY下搭建非高斯噪声误差的针尖运动学平面模型；状态扩展器对针尖运动学平面模型进行改进，消除模型误差和测量误差中的有色噪声，得到只含白噪声的扩展状态方程并进行简化；最后对只含白噪声的扩展状态方程结合差分粒子滤波理论搭建差分粒子滤波估计器处理白噪声，对柔性针针尖位置和姿态进行估计。本发明能有效处理非高斯噪声的模型误差与测量误差，精确估计医疗机器人的位置姿态。
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公开(公告)号：CN111584061A
公开(公告)日：2020-08-25
申请号：CN202010363975.6
申请日：2020-04-30
Applicant: 北京航空航天大学 , 华中科技大学同济医学院附属协和医院
Abstract: 本发明提供了一种基于无模型自适应算法的多爪针自动穿刺装置及控制方法，用于控制多爪针运动。本发明的多爪针自动穿刺装置，包括控制模块和执行机构；控制模块解析上位机传输的路径跟踪控制指令，生成电机控制量输出；执行机构包括传动驱动模块和多爪针体，根据电机控制量，驱动多爪针体运动。本发明的控制方法从传感器获取主针和所有子针的针尖位置、电机位置，从上位机的指令中获取期望的针尖位置，基于紧格式动态性线性化数据模型的MFAC控制方法计算输出电机控制量，控制多爪针的穿刺动作，跟踪目标路径。本发明改进了穿刺装置行进的不确定性，降低传统控制方法对模型的依赖性，提高穿刺装置对复杂环境的适应性。
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公开(公告)号：CN117323019A
公开(公告)日：2024-01-02
申请号：CN202311309413.3
申请日：2023-10-10
Applicant: 华中科技大学同济医学院附属协和医院
Abstract: 本发明公开了一种用于泌尿系穿刺手术的三操作臂机器人系统，包括：人机交互装置、第一穿刺臂、第二穿刺臂、超声臂和手术导引工作站；第一穿刺臂的末端安装有第一柔性穿刺针，第二穿刺臂的末端安装有第二柔性穿刺针，超声臂的末端安装有超声探头；人机交互装置用于接收操作指令并且向第一穿刺臂、第二穿刺臂、超声臂、第一柔性穿刺针和第二柔性穿刺针发出动作指令；手术导引工作站用于融合通过超声探头在术中采集的超声图像和术前采集的CT图像、规划第一柔性穿刺针和第二柔性穿刺针的手术路径、判断目标靶位置，并且向操作者显示包括融合图像、目标靶位置和手术路径的实时导航信息，显著优于仅通过超声图像执行泌尿系穿刺手术的技术手段。
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公开(公告)号：CN111584061B
公开(公告)日：2022-05-03
申请号：CN202010363975.6
申请日：2020-04-30
Applicant: 北京航空航天大学 , 华中科技大学同济医学院附属协和医院
Abstract: 本发明提供了一种基于无模型自适应算法的多爪针自动穿刺装置及控制方法，用于控制多爪针运动。本发明的多爪针自动穿刺装置，包括控制模块和执行机构；控制模块解析上位机传输的路径跟踪控制指令，生成电机控制量输出；执行机构包括传动驱动模块和多爪针体，根据电机控制量，驱动多爪针体运动。本发明的控制方法从传感器获取主针和所有子针的针尖位置、电机位置，从上位机的指令中获取期望的针尖位置，基于紧格式动态性线性化数据模型的MFAC控制方法计算输出电机控制量，控制多爪针的穿刺动作，跟踪目标路径。本发明改进了穿刺装置行进的不确定性，降低传统控制方法对模型的依赖性，提高穿刺装置对复杂环境的适应性。
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