[发明专利]一种基于视觉导航的牙科机器人路径规划系统及方法

说明书

本发明提供了一种基于视觉导航的牙科机器人路径规划系统及方法，视觉导航装置以预设频率连续采集医生手持探针由示教初始位置移动至患者口腔操作位置这一过程中第二光学标记和第三光学标记的相对位置关系图像，并将采集的图像发送给工业控制计算机；机器人控制器根据第二光学标记相对于第三光学标记的运动路径及轨迹，控制六自由度机器人的末端执行器运动，以使得六自由度机器人的末端执行器上的第一光学标记相对于第三光学标记的运动路径及轨迹与第二光学标记相对于第三光学标记的运动路径及轨迹相同。本发明可以由视觉控制子系统检测记录医生手持探针的运动路径和轨迹信息，然后在需要时发出控制指令使机器人沿着同样的路径复现这一运动。

技术领域

本发明涉及医疗机器人技术领域，具体涉及一种基于视觉导航的牙科机器人路径规划系统及方法。

背景技术

在使用机器人进行种牙操作的过程中一个关键的步骤是要控制机械臂从合适的初始位置开始运动到患者种植初始位置，这一过程要避免机器人与外界环境发生碰撞。如何规划出一条无碰撞的路径有多种方法，可以采用合适的算法由计算机自动计算出路径，也可由医生进行人工示教，考虑到手术的安全性与可靠性，人工示教的方法更合理。

目前计算机自动路径规划，需要对操作对象及环境进行精确建模，实现起来较为复杂和繁琐，尤其对于动态、不确定的场合。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于视觉导航的牙科机器人路径规划系统及方法，本发明可以由视觉控制子系统检测记录医生手持探针的运动路径和轨迹信息，然后在需要时发出控制指令使机器人沿着同样的路径复现这一运动。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种基于视觉导航的牙科机器人路径规划系统，包括：机器人子系统和视觉控制子系统；

所述机器人子系统包括：六自由度机器人和机器人控制器；

所述视觉控制子系统包括：视觉导航装置和工业控制计算机；

其中，所述六自由度机器人的末端执行器上安装有第一光学标记，医生手持探针安装有第二光学标记，患者口腔适当位置上安装有第三光学标记；

所述视觉导航装置固定在工作空间的预设位置，所述视觉导航装置以预设频率连续采集医生手持所述医生手持探针由示教初始位置移动至患者口腔操作位置这一过程中所述第二光学标记和所述第三光学标记的相对位置关系图像，并将采集的图像发送给所述工业控制计算机；

所述工业控制计算机根据所述视觉导航装置采集的图像以及预设视觉处理模型及投影变换关系获取所述第二光学标记相对于所述第三光学标记的运动路径及轨迹；

所述工业控制计算机将获取的所述第二光学标记相对于所述第三光学标记的运动路径及轨迹发送给所述机器人控制器；

所述机器人控制器在接收到用户指示机器人进行操作复现的指令后，控制所述六自由度机器人的末端执行器运动到所述示教初始位置，然后根据所述第二光学标记相对于所述第三光学标记的运动路径及轨迹，控制所述六自由度机器人的末端执行器运动，以使得所述六自由度机器人的末端执行器上的第一光学标记相对于所述第三光学标记的运动路径及轨迹与所述第二光学标记相对于所述第三光学标记的运动路径及轨迹相同。

进一步地，所述第三光学标记通过咬合或粘贴的方式与下颌骨固定。

进一步地，所述预设频率为50ms/次。

进一步地，所述工业控制计算机在根据所述视觉导航装置采集的图像以及预设视觉处理模型及投影变换关系获取所述第二光学标记相对于所述第三光学标记的运动路径及轨迹之后，对该运动路径及轨迹进行滤波平滑处理。

第二方面，本发明还提供了一种基于如上面第一方面所述的基于视觉导航的牙科机器人路径规划系统的牙科机器人路径规划方法，包括：