妙手Ⅱ手術(shù)機(jī)器人雙目視覺(jué)系統(tǒng)研究.pdf

1、本文以實(shí)驗(yàn)室正在研發(fā)的“妙手Ⅱ”手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)為研究平臺(tái)，根據(jù)喉部手術(shù)的需求以及機(jī)器人自身的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，構(gòu)建機(jī)器人外部視覺(jué)導(dǎo)引系統(tǒng)，研究開(kāi)發(fā)其主要關(guān)鍵技術(shù)，主要包括雙目視覺(jué)系統(tǒng)方案的確定、攝像機(jī)的標(biāo)定、立體匹配和三維重建、以及軟件開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)集成等。 本文主要工作和成果如下： 根據(jù)喉部手術(shù)的特點(diǎn)以及手術(shù)前對(duì)機(jī)器人位置和姿態(tài)的要求，確定了機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)模式，提出了雙目視覺(jué)確定機(jī)器人末端工具空間位置和姿態(tài)的方案。該方案確定了雙CC

2、D傳感器的位置，構(gòu)建圖像的二維象素坐標(biāo)到機(jī)器人工具三維空間的描述模型。 對(duì)雙目視覺(jué)系統(tǒng)采用了線性模型進(jìn)行標(biāo)定，采用了基于特征點(diǎn)的立體匹配方法，并最終實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)點(diǎn)的三維重建。 為了確定支撐喉鏡的空間位置和姿態(tài)，提出了采用邊緣檢測(cè)和曲線擬合相結(jié)合的方法，并給出了其數(shù)學(xué)模型。其中在邊緣檢測(cè)過(guò)程中，關(guān)鍵是獲得左右圖像中目標(biāo)邊緣的“亞像素”精度級(jí)邊緣圖像以及提取邊緣上點(diǎn)(大于等于6個(gè)點(diǎn))的像素坐標(biāo)；在曲線擬合過(guò)程中，關(guān)鍵是根據(jù)邊緣

3、上點(diǎn)的像素坐標(biāo)，計(jì)算求得曲線的相關(guān)參數(shù)，并根據(jù)曲線的相關(guān)參數(shù)獲取支撐喉鏡的位置和姿態(tài)。 將該視覺(jué)系統(tǒng)與機(jī)器人系統(tǒng)集成，系統(tǒng)集成的過(guò)程實(shí)際上是坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的過(guò)程，即機(jī)器人坐標(biāo)系、標(biāo)定坐標(biāo)系和圖像坐系之間的轉(zhuǎn)換，提供了視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人引導(dǎo)控制的約束參數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人的導(dǎo)引。 本文的研究將為解決人工反復(fù)調(diào)整機(jī)器人使末端工具進(jìn)入患者切口或喉鏡所帶來(lái)的問(wèn)題提供理論依據(jù)，對(duì)于提高手術(shù)的安全性，解決手術(shù)器械碰撞問(wèn)題具有很重要的