CN109718092A - 基于关节机器人的热敏灸系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及医疗保健设备领域，公开了一种基于关节机器人的热敏灸系统及方法。包括关节机器人，双目视觉传感器和控制终端，所述用于调整艾条的位置和姿态，所述双目视觉传感器用于实时检测所述艾条和人体穴位的位置和姿态，所述控制终端用于根据所述双目视觉传感器检测到的所述艾条和人体穴位的位置和姿态控制所述关节机器人调整所述艾条的位置和姿态。解决了现有技术中医护人员手持灸疗器械无法长时间准确定位的缺陷，减轻了医护人员的手持灸疗器械的负担，并且使热敏灸过程中艾条的燃烧端和人体穴位的距离得到准确控制，艾灸治疗效果更佳。

Description

基于关节机器人的热敏灸系统及方法

技术领域

本申请涉及医疗保健设备领域，特别涉及一种基于关节机器人的热敏灸系统及方法。

背景技术

针灸学是以中医理论为指导，研究经络、腧穴及刺灸方法，探讨运用针灸防治疾病规律的一门学科。针灸疗法是中医中的一种治疗手段，通过针刺后艾灸的方法来刺激人体腧穴，从而达到疏通经络、行气活血、协调脏腑阴阳的作用，进而达到扶正祛邪、治疗各种疾病的目的。热敏灸是利用点燃的艾材所产生的热量悬灸于热敏态穴位之上，激发热敏穴位的透热、扩热、传热、局部不热远部热、表面不热深部热，或者出现酸麻胀痛的非热感觉及经气传导，从而提高艾灸临床疗效的一种新疗法。热敏灸新技术的创立，无疑是现阶段科学技术水平尚不能完全认识存在于人体的穴位的结构性含义情况下，现代经络研究的一个重大突破。其大幅度提高了传统艾灸的临床疗效，更是赋予热敏灸研究重要的意义。

进行热敏灸时，由医护人员手持点燃的艾条对准患者有关的穴位或患处进行灸疗，由于灸疗需要较长的时间，医护人员手持艾条时间久了不但手会很累，而且点燃的艾条会烫手，因而无法控制艾条燃烧端与穴位或患处的距离，忽近忽远，热力也跟着变化，影响疗效。为了便于施治或安全，还发明了不少热敏灸器具，例如专利号CN201010520099.X公开了一种热敏灸器，由手柄、艾条夹底座、艾条夹套管、艾条夹、LED白色光源、电池和电源按钮开关组成，进行艾条灸时，医护人员先将艾条夹套管向下旋至艾条夹底座的底部，再将艾条的中上部放入“U”形的艾条夹的中间，然后用手向里压紧艾条夹的悬空端，夹住艾条，最后向上旋艾条夹套管，使艾条夹套管的内壁卡住艾条夹的悬空端，这样医护人员就可握住手柄，手持点燃的艾条对准患者有关的穴位或患处进行灸疗了。专利CN201110461784.4公开了一种程控艾灸器，包括圆柱形外壳，在外壳的顶部开设排烟口并安装排烟管，在外壳的顶部设有由运动控制芯片控制的步进电机，步进电机的输出端朝向圆柱形外壳内部，并通过连接转轴与艾条支架固联，在运动控制芯片的控制下，步进电机定时工作带动艾条支架旋转；艾条支架上横向设置顶针，利用顶针可将艾条横向固定；在圆柱形外壳的底部设有可装拆的底盘，底盘的半幅开有半圆形热辐射窗口，艾条燃烧后产生的热量通过热辐射窗口作用于人体。

上述两种现有热敏灸器械都是需要医护人员手持器械进行灸疗，实际应用时，一般无法准确控制艾条燃烧端与穴处或患处的距离，造成热力变化无法控制，从而无法达到良好的灸疗效果。

发明内容

本申请的目的在于提供一种基于关节机器人的热敏灸系统及基于关节机器人的热敏灸方法，解决了现有技术中医护人员手持灸疗器械无法长时间准确定位的缺陷，减轻了医护人员的手持灸疗器械的负担，并且使热敏灸过程中艾条的燃烧端和人体穴位的距离得到准确控制，艾灸治疗效果更佳。

为了解决上述问题，本申请公开了一种基于关节机器人的热敏灸系统，包括：

关节机器人，用于调整艾条的位置和姿态；

双目视觉传感器，用于实时检测该艾条和人体穴位的位置和姿态；

控制终端，用于根据该双目视觉传感器检测到的该艾条和人体穴位的位置和姿态控制该关节机器人调整该艾条的位置和姿态。

在一个优选例中，该双目视觉传感器预先被标定以得到双目立体视觉系统，该双目立体视觉系统的坐标系与该关节机器人的基坐标系之间的变换关系被预先标定，再将标定数据上传至该控制终端；

该双目视觉传感器通过该双目立体视觉系统实时采集图像并根据特征提取方法来确定该艾条的艾条末端和该人体穴位的像素坐标。

在一个优选例中，该双目立体视觉系统的坐标系与该关节机器人的基坐标系之间的变换关系通过以下方式标定：通过9点标定法进行该关节机器人手眼标定，建立该双目视觉坐标系与该关节机器人基坐标系之间的变换关系。

在一个优选例中，该双目视觉传感器预先通过张正友法标定。

在一个优选例中，该双目视觉传感器设置在临近该关节机器人的位置处，该双目视觉传感器视角向着该艾条与该人体穴位的方向。

在一个优选例中，该关节机器人进一步包括艾条夹持更换器，设置于该关节机器人的执行器末端，用于安装艾条和更换艾条。

在一个优选例中，该双目视觉传感器包括两个摄像机。

在一个优选例中，该控制终端包括个人电脑，平板电脑、手机和示教器。

在一个优选例中，该控制终端、该关节机器和该双目视觉传感器两两通过无线或有线方式连接。

在一个优选例中，该关节机器人预先被示教至使得该艾条的艾条末端对应该人体穴位的初始位置和姿态。

在一个优选例中，该关节机器人的初始路径是根据用户通过该控制终端预先设置的参数自动规划的。

在一个优选例中，该示教的方式包括：采用人机交互手动牵引该关节机器人进行示教和通过该控制终端操控该关节机器人进行定位。

在一个优选例中，该预先设置的参数通过该控制终端的控制界面进行设置；该预先设置的参数包括：艾灸时间，艾灸面积，艾灸方式，以及该艾条和该人体穴位的最佳位置和姿态。

在一个优选例中，该艾灸方式包括该艾条末端的路径方式，该艾条末端的路径方式进一步包括圆形、方形和Z形。

在一个优选例中，该控制终端根据该双目视觉传感器上传至该控制终端的图像信息来操控该关节机器人对该艾条末端和该人体穴位的初始位置进行定位。

本申请还公开了一种基于关节机器人的热敏灸方法，包括：

控制终端通过双目视觉传感器实时检测该艾条和人体穴位的位置和姿态；

该控制终端根据该双目视觉传感器检测到的该艾条和人体穴位的位置和姿态控制关节机器人调整该艾条的位置和姿态。

在一个优选例中，在该控制终端通过双目视觉传感器实时检测该艾条和人体穴位的位置和姿态之前，该双目视觉传感器按以下方法进行标定和预标定，再将标定数据上传至该控制终端：

标定该双目视觉传感器得到双目立体视觉系统；

建立该双目立体视觉系统的坐标系与该关节机器人的基坐标系之间的变换关系。

在一个优选例中，该控制终端根据该双目视觉传感器检测到的该艾条和人体穴位的位置和姿态控制关节机器人调整该艾条的位置和姿态，进一步包括：

通过该双目立体视觉系统实时采集图像并根据特征提取方法来确定该艾条的艾条末端和该人体穴位的像素坐标；

根据该预标定得到的该变换关系和该像素坐标来调整该艾条的位置和姿态。

在一个优选例中，该标定该双目视觉传感器得到双目立体视觉系统进一步包括：通过张正友法标定该双目视觉传感器计算出该两个摄像机之间的坐标变换关系，使双目视觉方法具备三维测量能力，得到该双目立体视觉系统。

在一个优选例中，该建立该双目立体视觉系统的坐标系与该关节机器人基坐标系之间的变换关系进一步包括：通过9点标定法进行该关节机器人手眼标定，建立双目视觉坐标系与该关节机器人基坐标系之间的变换关系。

在一个优选例中，该双目视觉传感器设置在临近该关节机器人的位置处，该双目视觉传感器视角向着该艾条与该人体穴位的方向。

22.根据权利要16该的方法，其特征在于，该关节机器人进一步包括艾条夹持更换器，设置于该关节机器人的执行器末端，用于安装艾条和更换艾条。

在一个优选例中，该双目视觉传感器包括两个摄像机。

在一个优选例中，该控制终端包括个人电脑，平板电脑、手机和示教器。

在一个优选例中，该控制终端、该关节机器和该双目视觉传感器两两通过无线或有线方式连接。

在一个优选例中，在该控制终端通过双目视觉传感器实时检测该艾条和人体穴位的位置和姿态前，还包括：

该关节机器人预先被示教至使得该艾条的艾条末端对应该人体穴位的初始位置和姿态；

根据用户预先设置的参数自动规划该关节机器人的初始路径，启动该关节机器人开始进行热敏灸治疗。

在一个优选例中，该示教的方式包括：采用人机交互手动牵引该关节机器人进行示教和通过该控制终端操控该关节机器人进行定位。

在一个优选例中，该预先设置的参数通过该控制终端的控制界面进行设置；该预先设置的参数包括：艾灸时间，艾灸面积，艾灸方式，以及该艾条和该人体穴位的最佳位置和姿态。

在一个优选例中，该艾灸方式包括该艾条末端的路径方式，该艾条末端的路径方式进一步包括圆形、方形、Z形。

在一个优选例中，该通过该控制终端操控该关节机器人进行定位进一步包括：通过该控制终端，根据该双目视觉传感器上传至该控制终端的图像信息来操控该关节机器人对该艾条末端和该人体穴位的初始位置进行定位。

本申请还公开了一种基于关节机器人的热敏灸方法，包括：

存储器，用于存储计算机可执行指令；以及，

处理器，用于在执行该计算机可执行指令时实现如前文描述的方法中的步骤。

本申请还公开了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现如前文描述的方法中的步骤。

本申请实施方式中，至少包括以下优点：

(1)避免了医务人员用手持灸疗器械的方式始终垂直对着穴位进行灸疗，通过控制终端控制关节机器人来执行整个热敏灸过程，减轻了人工负担；

(2)通过双目视觉传感器，实时检测艾条和人体穴位的位置和姿态，使得艾条末端和人体穴位的距离实时进行补偿，并且如果因为人体姿态发生变化导致人体穴位的姿态发生变化，则也可以通过控制终端进行艾条姿态的调整，保证艾灸治疗的效果；

(3)控制终端上设置有艾疗参数设置窗口或界面，医护人员可通过此窗口或界面，根据情况设置和更改灸疗时间、灸疗面积、灸疗方式以及最佳灸距等参数，从而可以针对不同的患者定制不同的灸疗方案，满足不同患者的需求。

本申请的说明书中记载了大量的技术特征，分布在各个技术方案中，如果要罗列出本申请所有可能的技术特征的组合(即技术方案)的话，会使得说明书过于冗长。为了避免这个问题，本申请上述发明内容中公开的各个技术特征、在下文各个实施方式和例子中公开的各技术特征、以及附图中公开的各个技术特征，都可以自由地互相组合，从而构成各种新的技术方案(这些技术方案均因视为在本说明书中已经记载)，除非这种技术特征的组合在技术上是不可行的。例如，在一个例子中公开了特征A+B+C，在另一个例子中公开了特征A+B+D+E，而特征C和D是起到相同作用的等同技术手段，技术上只要择一使用即可，不可能同时采用，特征E技术上可以与特征C相组合，则，A+B+C+D的方案因技术不可行而应当不被视为已经记载，而A+B+C+E的方案应当视为已经被记载。

附图说明

图1是根据本申请第一实施方式的一种基于关节机器人的热敏灸系统结构示意图

图2是根据本申请第二实施方式的一种基于关节机器人的热敏灸方法流程示意图

图3是根据本申请第二实施方式中双目视觉传感器的标定和预标定方法流程图

图4是根据本申请第二实施方式中步骤204的一个子步骤流程图

图5是根据本申请第二实施方式的一个实施例流程图

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

部分概念的说明：

1.张正友标定：是指张正友教授1998年提出的单平面棋盘格的摄像机标定方法，提出的方法介于传统标定法和自标定法之间，但克服了传统标定法需要的高精度标定物的缺点，而仅需使用一个打印出来的棋盘格就可以。同时也相对于自标定而言，提高了精度，便于操作。

2.9点标定法：9点法标定分为eye_in_hand和eye_to_hand两种，标定的结果分别是相机坐标系与工具坐标系的转换矩阵(4*4)，以及相机坐标系和工件坐标系的转换矩阵。以下以eye_in_hand为例：机器人手持相机在平行于工作平面的平面上分别做沿着田字格走9个点，然后回到田字格中心，分别左右旋转一定度数。记录机器人每次移动的位置，同时相机进行拍照，对视野内的同一个mark点进行记录。因此，可以得到12组机器人位置和图像坐标系中点位映射关系。

3.特征提取：通过影像分析和变换，以提取所需特征的方法；使用计算机提取图像信息，决定每个图像的点是否属于一个图像特征，特征提取的结果是把图像上的点分为不同的子集，这些子集往往属于孤立的点、连续的曲线或者连续的区域。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的实施方式作进一步地详细描述。

本申请的第一实施方式涉及一种基于关节机器人的热敏灸系统，其结构如图1所示，该系统包括关节机器人1、双目视觉传感器6和控制终端5；其中，关节机器人1用于调整艾条3的位置和姿态，双目视觉传感器6用于实时检测该艾条3和人体穴位4的位置和姿态，控制终端5用于根据双目视觉传感器6检测到的艾条3和人体穴位4的位置和姿态控制关节机器人1调整艾条3的位置和姿态。

具体的：

(1)关节机器人1是执行装置，负责执行控制终端5中设置的热敏灸过程的相关程序。

可选地，关节机器人1包括艾条3夹持更换器2，艾条3夹持更换器2设置于关节机器人1的执行器末端，用于安装艾条3和更换艾条3。

可选地，在进行热敏灸前，关节机器人1预先被示教至使得艾条3的艾条末端对应人体穴位4的初始位置和姿态。该示教的方式是多种多样的，并且可以通过控制终端5进行设置和改变(增加)，可选地，采用人机交互手动牵引关节机器人1进行示教；可选地，通过控制终端5操控关节机器人1进行定位。

可选地，控制终端5根据双目视觉传感器6上传至控制终端5的图像信息来操控该关节机器人1对艾条末端和人体穴位4的初始位置进行定位。

可选地，在进行热敏灸前，关节机器人1设置有初始路径，该初始路径是用户通过控制终端5预先设置的参数自动规划的。可选地，该预先设置的参数通过控制终端5的控制界面进行设置。该预先设置的参数的种类是多种多样的，并且可以通过控制终端5进行设置和改变(增加)，该预先标定的参数可以是但不限于包括：艾灸时间，艾灸面积，艾灸方式，以及艾条3和人体穴位4的最佳位置和姿态。可选地，该艾灸方式可以是但不限包括：该艾条末端的路径方式。可选地，该艾条末端的路径方式可以是但不限于包括圆形、方形、Z形。

(2)双目视觉传感器6在热敏灸时可以实时监视和检测艾条3和人体穴位4的位置和姿态，并将所检测的数据传输给控制终端5进行分析处理。

可选地，双目视觉传感器6设置在临近关节机器人1的位置处，双目视觉传感器6视角向着艾条3与人体穴位4的方向；例如，双目视觉传感器6设置在离关节机器人1的位置0.5m-2m处，并且双目视觉传感器6的视角向着艾条3与人体穴位4的方向(无遮挡)。

可选地，双目视觉传感器6包括两个摄像机。可选地，双目视觉传感器6预先被标定以得到双目立体视觉系统。该标定的方法是可以认为设置的，可选地，该标定的方法可以但不限于是张正友法标定法。可选地，该双目立体视觉系统的坐标系与关节机器人1的基坐标系之间的变换关系被预先标定；该“双目立体视觉系统的坐标系与关节机器人1的基坐标系之间的变换关系”可以但不限于是通过以下方式标定：通过9点标定法进行关节机器人1手眼标定，建立该双目视觉坐标系与关节机器人1基坐标系之间的变换关系。可选地，双目视觉传感器6通过该双目立体视觉系统实时采集图像并根据特征提取方法来确定艾条3的艾条末端和人体穴位4的像素坐标。

(3)控制终端5可以根据双目视觉传感器6传送的检测结果控制关节机器人1对艾条3的位置和姿态进行调整。

控制终端5的设置方式是多种多样的，可选地，控制终端5可以是但不限于是个人电脑，平板电脑、手机和示教器等。

控制终端5、关节机器人1和双目视觉传感器6的连接方式是多种多样的，三者可以作为单独个体存在进行协同工作也可以是其他融合方式的形式存在；可选地，控制终端5设置在关节机器人1后作为一个整体存在；可选地，控制终端5、关节机器人1和双目视觉传感器6是各自单独存在的个体，并且是两两通过无线方式进行连接。

需要说明的是，本申请涉及的艾条的位置可以是但不限于包括艾条3和人体穴位4的相对位置(如距离)，及艾条3的姿态可以是但不限于包括艾条3和人体穴位4的相对姿态(如角度)。

本申请的第二实施方式涉及一种基于关节机器人的热敏灸方法，其流程如图2所示，该方法的具体步骤包括：

步骤203：控制终端5通过双目视觉传感器6实时检测该艾条3和人体穴位4的位置和姿态；

步骤204：控制终端5根据双目视觉传感器6检测到的艾条3和人体穴位4的位置和姿态控制关节机器人1调整艾条3的位置和姿态。

具体的：

开始，执行步骤203：控制终端5通过双目视觉传感器6实时检测该艾条3和人体穴位4的位置和姿态。可选地，双目视觉传感器6设置在临近关节机器人1的位置处，双目视觉传感器6视角向着艾条3与人体穴位4的方向。可选地，双目视觉传感器6包括两个摄像机。

可选地，在步骤203执行之前，如图3所示，双目视觉传感器6按以下方法进行标定和预标定：开始执行子步骤301：标定双目视觉传感器6得到双目立体视觉系统。可选地，该子步骤301进一步包括：通过张正友法标定双目视觉传感器6计算出该两个摄像机之间的坐标变换关系，使双目视觉方法具备三维测量能力，得到该双目立体视觉系统。之后执行子步骤302：建立双目立体视觉系统的坐标系与关节机器人1的基坐标系之间的变换关系。可选地，子步骤302进一步包括：通过9点标定法进行关节机器人1手眼标定，建立双目视觉坐标系与关节机器人1基坐标系之间的变换关系。

之后，执行步骤204：控制终端5根据双目视觉传感器6检测到的艾条3和人体穴位4的位置和姿态控制关节机器人1调整艾条3的位置和姿态。可选地，关节机器人1进一步包括艾条3夹持更换器2，设置于关节机器人1的执行器末端，用于安装艾条3和更换艾条3。

控制终端5的种类和存在形式是多种多样的，使用者可以根据情况进行设置，可选地，控制终端5可以是但不限于包括个人电脑，平板电脑、手机和示教器。

可选地，控制终端5通过无线方式连接该关节机器和双目视觉传感器6。可选地，如图4所示，步骤204进一步包括以下子步骤：开始执行子步骤401：通过该双目立体视觉系统实时采集图像并根据特征提取方法来确定艾条3的艾条末端和人体穴位4的像素坐标。之后执行子步骤402：根据该预标定得到的该变换关系和该像素坐标来调整艾条3的位置和姿态。

可选地，如图2所示，在开始执行步骤203之前还包括以下准备步骤：

开始执行步骤201：关节机器人1预先被示教至使得艾条3的艾条末端对应人体穴位4的初始位置和姿态。在步骤201开始执行前，需要将艾条3安装至关节机器人1的艾条3安装处(一个实施例：将艾条3安装至艾条夹持更换器2上)。

步骤201中示教的方式是多种多样的，并且可以通过控制终端5进行设置和改变(增加)，可选地，采用人机交互手动牵引该关节机器人1进行示教；可选地，通过控制终端5操控该关节机器人1进行定位。可选地，该“通过控制终端5操控关节机器人1进行定位”进一步包括：通过控制终端5，根据双目视觉传感器6上传至控制终端5的图像信息来操控关节机器人1对该艾条末端和人体穴位4的初始位置进行定位。

之后执行准备步骤202：根据用户预先设置的参数自动规划关节机器人1的初始路径，启动关节机器人1开始进行热敏灸治疗。可选地，该预先设置的参数通过控制终端5的控制界面进行设置，该参数的预设置过程可以在步骤202执行前任何时间，用户可根据实际需要及习惯决定。该预先设置的参数的种类是多种多样的，并且可以通过控制终端5进行设置和改变(增加)，该预先标定的参数可以是但不限于包括：艾灸时间，艾灸面积，艾灸方式，以及艾条3和人体穴位4的最佳位置和姿态。可选地，该艾灸方式可以是但不限包括：艾条末端的路径方式。可选地，该艾条末端的路径方式可以是但不限于包括圆形、方形、Z形。

控制终端5、关节机器人1和双目视觉传感器6的连接方式和存在形式是多种多样的，三者可以作为单独个体存在进行协同工作也可以是其他融合方式的形式存在；可选地，控制终端5设置在关节机器人1后作为一个整体存在；可选地，控制终端5、关节机器人1和双目视觉传感器6是各自单独存在的个体，并且是两两通过无线方式进行连接。

图5为根据本申请二实施方式涉及的一种基于关节机器人的热敏灸方法的一个实施例流程图。

第二实施方式是与第一实施方式相对应的方法实施方式，第一实施方式中的技术细节可以应用于本实施方式，本实施方式中的技术细节也可以应用于第一实施方式。

需要说明的是：本申请涉及的艾条末端指的是艾条的燃烧端。

为了能够更好地理解本申请的技术方案，下面结合两个具体的例子来进行说明，该例子中罗列的细节主要是为了便于理解，不作为对本申请保护范围的限制。

例子1是根据本申请第二实施方式的一个具体例子，包括关节机器人、平板电脑、艾条夹持更换器、双目立体视觉传感器。如图1所示为本发明的设备结构示意图，将艾条夹持更换器2安装于关节机器人1的末端，艾条3安装于艾条夹持更换器2上并固定，双目立体视觉传感器通过夹具安装在机器人旁边，视角向着艾条与人体穴位，用户手拿平板电脑4或手机，对患者的穴位5进行热敏灸治疗。如图5所示为该例子的功能流程图，其具体操作步骤如下：

步骤一：将艾条夹持更换器2中安装好艾条3；

步骤二：将处于初始位置的机器人1示教至患者穴位5处附近，示教方式可根据实际情况采用人机交互手动牵引机器人进行示教，也可用手机或平板电脑6操作，对于患者自己操作的情况，可以根据视觉传感器7上传至手机或平板电脑6的图像信息，操作机器人1进行定位；

步骤三：在手机或平板电脑上设置合适的灸疗时间、灸疗面积，灸疗方式、最佳灸距以及最优的艾灸姿态。其中灸疗方式是指机器人在灸疗过程中末端燃烧点的路径方式，包括圆形、方形、Z形等。本步骤也可提前至步骤一和/或步骤二进行，用户可根据实际需要及习惯决定；

步骤四：手机或平板电脑6根据用户所设置的参数及机器人1当前的位值和姿态，自动规划机器人1初始路径，启动机器人1进行热敏灸治疗；

步骤五：在灸疗过程中，双目立体视觉传感器实时拍摄艾条3与人体穴位5的图像，通过图像算法实现机器人姿态的自适应调整。进一步地、双目视觉传感器实现自适应调整的过程为：(1)标定双目立体视觉系统；通过张正友法标定双目视觉传感器，计算出两摄像机之间的坐标变换关系，使双目视觉系统具备三维测量能力。(2)建立双目视觉传感器与机器人之间的联系；通过9点标定法进行机器人手眼标定，建立双目视觉坐标系与机器人基坐标系之间的变换关系。(3)为了能在图像中提取人体穴位的像素坐标，可以通过标记穴位的方式实现，如图2所示。(4)在灸疗过程中，双目视觉系统实时采集图像，通过特征点提取，确定艾条末端和人体穴位的像素坐标，通过双目视觉数学模型计算出艾条的位置姿态，进而实现自适应调整位置和姿态。其中(1)、(2)标定过程只需在固定传感器时标定一次即可。

需要说明的是，本领域技术人员应当理解，上述基于关节机器人的热敏灸系统的实施方式中所示的各模块的实现功能可参照前述基于关节机器人的热敏灸系统的相关描述而理解。上述基于关节机器人的热敏灸系统的实施方式中所示的各模块的功能可通过运行于处理器上的程序(可执行指令)而实现，也可通过具体的逻辑电路而实现。本申请实施例上述基于关节机器人的热敏灸系统如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read Only Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。这样，本申请实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

相应地，本申请实施方式还提供一种计算机可读存储介质，其中存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现本申请的各方法实施方式。计算机可读存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括但不限于，相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读存储介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

此外，本申请实施方式还提供一种基于关节机器人的热敏灸系统，其中包括用于存储计算机可执行指令的存储器，以及，处理器；该处理器用于在执行该存储器中的计算机可执行指令时实现上述各方法实施方式中的步骤。其中，该处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，简称“CPU”)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称“DSP”)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称“ASIC”)等。前述的存储器可以是只读存储器(read-onlymemory，简称“ROM”)、随机存取存储器(random access memory，简称“RAM”)、快闪存储器(Flash)、硬盘或者固态硬盘等。本发明各实施方式所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。

需要说明的是，在本专利的申请文件中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。本专利的申请文件中，如果提到根据某要素执行某行为，则是指至少根据该要素执行该行为的意思，其中包括了两种情况：仅根据该要素执行该行为、和根据该要素和其它要素执行该行为。多个、多次、多种等表达包括2个、2次、2种以及2个以上、2次以上、2种以上。

在本申请提及的所有文献都被认为是整体性地包括在本申请的公开内容中，以便在必要时可以作为修改的依据。此外应理解，以上所述仅为本说明书的较佳实施例而已，并非用于限定本说明书的保护范围。凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书一个或多个实施例的保护范围之内。

Claims (32)

1.一种基于关节机器人的热敏灸系统，其特征在于，包括：

关节机器人，用于调整艾条的位置和姿态；

双目视觉传感器，用于实时检测所述艾条和人体穴位的位置和姿态；

控制终端，用于根据所述双目视觉传感器检测到的所述艾条和人体穴位的位置和姿态控制所述关节机器人调整所述艾条的位置和姿态。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述双目视觉传感器预先被标定以得到双目立体视觉系统，该双目立体视觉系统的坐标系与所述关节机器人的基坐标系之间的变换关系被预先标定，再将标定数据上传至所述控制终端；

所述双目视觉传感器通过所述双目立体视觉系统实时采集图像并根据特征提取方法来确定所述艾条的艾条末端和所述人体穴位的像素坐标。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述双目立体视觉系统的坐标系与所述关节机器人的基坐标系之间的变换关系通过以下方式标定：通过9点标定法进行所述关节机器人手眼标定，建立所述双目视觉坐标系与所述关节机器人基坐标系之间的变换关系。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述双目视觉传感器预先通过张正友法标定以得到双目立体视觉系统。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述双目视觉传感器设置在临近所述关节机器人的位置处，所述双目视觉传感器视角向着所述艾条与所述人体穴位的方向。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述关节机器人进一步包括艾条夹持更换器，设置于所述关节机器人的执行器末端，用于安装艾条和更换艾条。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述双目视觉传感器包括两个摄像机。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制终端包括个人电脑，平板电脑、手机和示教器。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述控制终端、所述关节机器和所述双目视觉传感器两两通过无线或有线方式连接。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述关节机器人预先被示教至使得所述艾条的艾条末端对应所述人体穴位的初始位置和姿态。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述关节机器人的初始路径是根据用户通过所述控制终端预先设置的参数自动规划的。

12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述示教的方式包括：采用人机交互手动牵引所述关节机器人进行示教和通过所述控制终端操控所述关节机器人进行定位。

13.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述预先设置的参数通过所述控制终端的控制界面进行设置；所述预先设置的参数包括：艾灸时间，艾灸面积，艾灸方式，以及所述艾条和所述人体穴位的最佳位置和姿态。

14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述艾灸方式包括所述艾条末端的路径方式，所述艾条末端的路径方式进一步包括圆形、方形和Z形。

15.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述控制终端根据所述双目视觉传感器上传至所述控制终端的图像信息来操控所述关节机器人对所述艾条末端和所述人体穴位的初始位置进行定位。

16.一种基于关节机器人的热敏灸方法，其特征在于，包括：

控制终端通过双目视觉传感器实时检测所述艾条和人体穴位的位置和姿态；

所述控制终端根据所述双目视觉传感器检测到的所述艾条和人体穴位的位置和姿态控制关节机器人调整所述艾条的位置和姿态。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在所述控制终端通过双目视觉传感器实时检测所述艾条和人体穴位的位置和姿态之前，所述双目视觉传感器按以下方法进行标定和预标定，再将标定数据上传至所述控制终端：

标定所述双目视觉传感器得到双目立体视觉系统；

建立所述双目立体视觉系统的坐标系与所述关节机器人的基坐标系之间的变换关系。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述控制终端根据所述双目视觉传感器检测到的所述艾条和人体穴位的位置和姿态控制关节机器人调整所述艾条的位置和姿态，进一步包括：

通过所述双目立体视觉系统实时采集图像并根据特征提取方法来确定所述艾条的艾条末端和所述人体穴位的像素坐标；

根据所述预标定得到的所述变换关系和所述像素坐标来调整所述艾条的位置和姿态。

19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述标定所述双目视觉传感器得到双目立体视觉系统进一步包括：通过张正友法标定所述双目视觉传感器计算出所述两个摄像机之间的坐标变换关系，使双目视觉方法具备三维测量能力，得到所述双目立体视觉系统。

20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述建立所述双目立体视觉系统的坐标系与所述关节机器人基坐标系之间的变换关系进一步包括：通过9点标定法进行所述关节机器人手眼标定，建立双目视觉坐标系与所述关节机器人基坐标系之间的变换关系。

21.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述双目视觉传感器设置在临近所述关节机器人的位置处，所述双目视觉传感器视角向着所述艾条与所述人体穴位的方向。

22.根据权利要16所述的方法，其特征在于，所述关节机器人进一步包括艾条夹持更换器，设置于所述关节机器人的执行器末端，用于安装艾条和更换艾条。

23.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述双目视觉传感器包括两个摄像机。

24.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述控制终端包括个人电脑，平板电脑、手机和示教器。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述控制终端、所述关节机器和所述双目视觉传感器两两通过无线或有线方式连接。

26.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在所述控制终端通过双目视觉传感器实时检测所述艾条和人体穴位的位置和姿态前，还包括：

所述关节机器人预先被示教至使得所述艾条的艾条末端对应所述人体穴位的初始位置和姿态；

根据用户预先设置的参数自动规划所述关节机器人的初始路径，启动所述关节机器人开始进行热敏灸治疗。

27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述示教的方式包括：采用人机交互手动牵引所述关节机器人进行示教和通过所述控制终端操控所述关节机器人进行定位。

28.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述预先设置的参数通过所述控制终端的控制界面进行设置；所述预先设置的参数包括：艾灸时间，艾灸面积，艾灸方式，以及所述艾条和所述人体穴位的最佳位置和姿态。

29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，所述艾灸方式包括所述艾条末端的路径方式，所述艾条末端的路径方式进一步包括圆形、方形、Z形。

30.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述通过所述控制终端操控所述关节机器人进行定位进一步包括：通过所述控制终端，根据所述双目视觉传感器上传至所述控制终端的图像信息来操控所述关节机器人对所述艾条末端和所述人体穴位的初始位置进行定位。

31.一种基于关节机器人的热敏灸方法，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机可执行指令；以及，

处理器，用于在执行所述计算机可执行指令时实现如权利要求16至30中任意一项所述的方法中的步骤。

32.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器执行时实现如权利要求16至30中任意一项所述的方法中的步骤。