首页 > 新闻中心 > 行业动态 > 肿瘤穿刺中基于UR机器人控制方法的研究

肿瘤穿刺中基于UR机器人控制方法的研究

发布时间:2021-06-21 17:45:56     作者:显扬科技

      肿瘤的穿刺在肿瘤微创介入治疗中起到重要作用,穿刺的精度直接影响后续手术的效果。目前临床中的穿刺操作一般由医生手动进行或者在引导设备的帮助下进行,暂时没有能辅助医生完成穿刺动作实施的设备。这一方面导致了手术效果高度依赖于医生的经验及患者的配合程度、精度稳定性低,难以达到例如对布针平行性要求很高的纳米刀等介入疗法的要求;另一方面增加了医生的疲劳度,同时也增加了患者所受辐射伤害的程度。为了弥补现有手动实施穿刺的不足,需设计一种高自动化的设备在医生的控制下实施准确的进针操作。
 
      为此,本文利用机器人高精度的线性运动,结合光学导航装置的实时跟踪、软件规划模块的穿刺方案,构建了机器人辅助系统,辅助医生完成肿瘤穿刺。为了完成穿刺动作的实施,需解决现有机械臂末端夹持器不能稳固夹持穿刺针等问题。为了贯通光学导航定位装置、机械臂及穿刺针,还需实现三者之间的手眼标定、工具-法兰标定的问题。

      在此基础上,需完成系统内部不同坐标系间的坐标换算,得到穿刺入口点、靶点及角度指令,最终控制机器人完成肿瘤穿刺的进针动作。
 
本文针对以上问题,完成了相应研究内容:
(1)构建了机器人辅助肿瘤穿刺系统。采用参数合适的UR10机器人,结合光学导航定位装置、设计的新型夹持器以及穿刺针构成了系统硬件平台。系统软件平台主体由穿刺路径规划模块构成,结合术前影像与导航装置的跟踪定位,完成手术路径的规划。将规划结果输入到机器人模块结合坐标换算关系得到控制指令。最终通过头模等实验证实了本系统的有效性。
 
(2)研究了适于临床使用的快速标定方法。基于罗德里格斯旋转公式和矩阵伪逆计算这两个基础的矩阵计算方法,提出了一种实用性高的基于三回路计算的标定方法,可实现本系统的手眼标定及工具-法兰标定。最后仿真和实际实验结果表明,该方法通过13 个位姿数据即可完成误差稳定在5 毫米以内的手眼标定及工具-法兰标定。在达到高精度的同时可基于较少的数据量完成标定,适用于临床高精度、快速标定的应用需求。
 
(3)研究机器人的穿刺控制方法。基于标定结果,计算出了系统各坐标系间的未知变换矩阵,将光学导航定位装置坐标系下的坐标转换到机器人基座坐标系下,得到入口点、靶点,进一步得到穿刺针摆位角度。最终通过点精度、直线及圆轨迹控制精度误差实验表明,本系统的控制精度误差在5 毫米以下。
 
      本文设计了一种用于经皮穿刺的手术机器人末端通用夹持器,利用机器人的线性运动,可以完成穿刺动作的实施。基于机械臂,结合光学导航定位装置构建了用于肿瘤穿刺的机器人系统。提出了一种基于三回路计算的标定方法,基于少量数据及基础算法即可完成高精度的手眼标定及工具-法兰标定。解决了控制参数换算及机器人线性穿刺控制的问题。最终通过实验验证了本文所构建的辅助穿刺机器人能有效减少穿刺手术的准备时间,能完成穿刺动作的精准实施,减轻了医生负担、减小了对患者的辐射伤害、降低了穿刺手术并发症的危险性,适于临床穿刺手术的应用,有较好的应用前景。

备注:本文出华南理工大学材料科学与工程学院生物医学工程 张哲思 硕士学位论文《肿瘤穿刺中机器人控制方法的研究》如有侵权,请联系我们删除。
 
显扬科技优势:
      显扬科技是国家高新技术企业,在机器人、机器视觉方面有多年的研发与产业化经验,可为你提供完善的售后与保修服务,以及其他研发方面协作,并且提供专用移动机器人工作台。
      显扬科技已成功销售Franka机器人、UR机器人、Robotiq夹具等产品给浙江大学,清华大学,哈尔滨工业大学等,获得了非常好的评价。显扬科技研发人员超过50人,精通UR,Franka,遨博机器人安装、调式、二次开发等,对基于协作机器人的各种应用开发已有超过8年经验。
 
关于显扬科技:
       显扬科技(www.hinyeung.com)专注研发并产业化高速高清三维机器视觉设备、智能协作机器人系统。显扬科技创建了一个集高精度视觉传感器、智能协作机器人、智能感知与控制系统平台,让机器人更加智能、可靠,适用于更多复杂的应用场景。显扬科技研发的三维机器视觉设备精度能达亚微米级,三维数据采集帧率高达300帧,具有高精度、大景深、高稳定性的优势,已在多个领域成功替代进口同类产品。目前,显扬科技产品已成功应用于食品、电器、陶瓷、物流、教育科技、新零售等行业。显扬科技创始团队由香港中文大学数名博士组成,公司研发人员均来自海内外名校。公司知识产权超过50项,产品已经通过欧盟CE认证。显扬科技已完成投资与融资约5000万人民币。
 
显扬生态: UR优傲协作机器人 | AUBO遨博移动机器人 | Franka 协作机器人 | 艾利特协作机器人 | Kuka iiwa 协作机器人 | ABB工业机器人 | 海康工业镜头 | 海康工业相机 | 伯朗特工业机器人 | 爱普生Epson工业机器人 | robotiq夹爪 | robotiq真空吸盘 | robotiq腕部相机| 慧灵机器人电爪 | 研华工控机 |超恩工控机 | 创想三维3D打印机 | AGV | 机器人关节 | 精密机械加工服务
 
应用案例方向:1.三维机器视觉机器人引导系统 2.工业检测与测量系统3.教育行业解决方案4.智慧零售解决方案
 
应用场景:汽车制造行业 | 3C行业 | 电子电气 | 机械加工 | 液晶半导体 | 食品加工行业 | 医药行业 | 化工行业 | 教育行业 | 生活 | 其他行业
详询:18670025215(丁先生)   www.hinyeung.com

显扬(深圳)

深圳市福田区长富金茂大厦1号楼4112室

显扬(佛山)

佛山市南海区狮山镇广工大数控装备协同创新研究院A座507

微信公众号二维码

微信公众号

市场微信

合作咨询

电话:0755-83215213
手机:18670025215
邮箱:jim@hinyeung.com