CN114748100B - 超声波扫查的控制方法、视觉伺服系统及可读存储介质 - Google Patents

超声波扫查的控制方法、视觉伺服系统及可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超声波扫查的控制方法、视觉伺服系统及可读存储介质，方法包括：确定超声波图像中的病灶区域；根据病灶区域确定超声波探头的终点坐标以及终点角度；确定终点坐标是否等于历史终点坐标，以及确定终点角度是否等于历史终点角度；在终点坐标不等于历史终点坐标和/或终点角度不等于历史终点角度时，获取超声波探头的当前坐标以及当前角度；根据终点坐标、终点角度、当前坐标以及当前角度生成扫查轨迹；控制机械臂根据扫查轨迹进行扫查。本发明提高了视觉伺服系统的扫描结果的准确率。

Description

超声波扫查的控制方法、视觉伺服系统及可读存储介质
技术领域
本发明涉及数字控制技术领域，尤其涉及一种超声波扫查的控制方法、视觉伺服系统及可读存储介质。
背景技术
目前机器人进行运动控制多采用缓存插补的方式，一般把机器人要运动的路径事先规划好，通过插补运动指令(直线插补、圆弧插补等)控制机器人运动，机器人后逐条指令进行解析。但由于病灶位置会随着扫查而改变，而现存技术手段一般无法更改正在执行的运动指令的终点坐标和运动速度，因此，无法满足基于高频率反馈控制的要求，在视觉伺服的控制中，视觉伺服系统得到的扫查结果的准确率降低。
发明内容
本发明实施例通过提供一种超声波扫查的控制方法、视觉伺服系统及计算机可读存储介质，旨在解决如何提高视觉伺服系统的扫描结果的准确率的技术问题。
本发明实施例提供一种超声波扫查的控制方法，应用于视觉伺服系统，所述视觉伺服系统包括超声波探头以及机械臂，所述方法包括：
确定超声波图像中的病灶区域；
根据所述病灶区域确定超声波探头的终点坐标以及终点角度；
确定所述终点坐标是否等于历史终点坐标，以及确定所述终点角度是否等于历史终点角度；
在所述终点坐标不等于所述历史终点坐标和/或所述终点角度不等于所述历史终点角度时，获取所述超声波探头的当前坐标以及当前角度；
根据所述终点坐标、所述终点角度、所述当前坐标以及所述当前角度生成扫查轨迹；
控制所述机械臂根据所述扫查轨迹进行扫查。
在一实施例中，所述控制所述机械臂根据所述扫查轨迹进行扫查的步骤包括：
确定所述扫查轨迹中各个轨迹点对应的扫查速度；
确定所述扫查轨迹中各个轨迹点对应的机械臂关节值；
控制所述机械臂根据所述扫查轨迹中各个轨迹点对应的扫查速度以及各个轨迹点对应的机械臂关节值进行扫查。
在一实施例中，所述确定所述扫查轨迹中各个轨迹点对应的扫查速度的步骤包括：
根据预设速度约束以及预设加速度约束确定所述扫查轨迹的起点对应的速度以及所述扫查轨迹的起点对应的加速度；
根据所述扫查轨迹的起点对应的速度以及所述扫查轨迹的起点对应的加速度确定所述扫查轨迹中各个轨迹点对应的所述扫查速度。
在一实施例中，所述确定所述扫查轨迹中各个轨迹点对应的机械臂关节值的步骤包括：
确定所述扫查轨迹各个轨迹点的超声波探头的位姿；
根据所述扫查轨迹各个轨迹点的超声波探头的位姿确定所述扫查轨迹中各个轨迹点对应的机械臂关节值。
在一实施例中，所述根据所述扫查轨迹中各个轨迹点对应的超声波探头角度确定所述扫查轨迹中各个轨迹点对应的机械臂关节值的步骤包括：
根据所述扫查轨迹中各个轨迹点对应的超声波探头的位姿确定所述扫查轨迹中各个轨迹点对应的机械臂关节值。
在一实施例中，所述获取超声波图像的步骤包括：
控制机械臂根据预设扫查轨迹进行扫查，并获取所述超声波图像。
在一实施例中，所述控制机械臂根据预设扫查轨迹进行扫查，并获取所述超声波图像的步骤包括：
根据预设扫查轨迹对应的预设控制参数控制所述机械臂进行扫查；
在进行扫查时，周期性获取超声波图像；
识别所述超声波图像中的所述病灶区域。
在一实施例中，所述根据所述终点角度、所述终点坐标、所述当前角度以及所述当前坐标生成扫查轨迹的步骤包括：
获取所述当前坐标与所述终点坐标的合成位移；
根据所述合成位移生成所述扫查轨迹。
本发明实施例还提供一种视觉伺服系统，所述视觉伺服系统包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的超声波扫查的控制方法的各个步骤。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的超声波扫查的控制方法的各个步骤。
在本实施例的技术方案中，视觉伺服系统确定超声波图像中的病灶区域；根据所述病灶区域确定超声波探头的终点坐标以及终点角度；确定所述终点坐标是否等于历史终点坐标，以及确定所述终点角度是否等于历史终点角度；在所述终点坐标不等于所述历史终点坐标和/或所述终点角度不等于所述历史终点角度时，获取所述超声波探头的当前坐标以及当前角度；根据所述终点坐标、所述终点角度、所述当前坐标以及所述当前角度生成扫查轨迹；控制所述机械臂根据所述扫查轨迹进行扫查。视觉伺服系统在发现病灶区域时，可进入超声视觉伺服控制模式，其中，AI识别超声波图像中的病灶区域，控制机械臂运动跟踪病灶区域，使病灶始终处于超声图像中间。由于探头对皮肤有一定压力作用，会导致扫除对象发生变形，进而导致病灶区域的移动，因此通过上述方式快速更新机械臂运动的终点位姿，可使病灶区域始终处于超声图像视野中，提高了扫查结果的准确率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例涉及的视觉伺服系统的硬件构架示意图；
图2为本发明超声波扫查的控制方法第一实施例的流程示意图；
图3为本发明超声波扫查的控制方法第一实施例的参考图；
图4为本发明超声波扫查的控制方法第二实施例步骤S60的流程示意图；
图5为本发明超声波扫查的控制方法第二实施例的参考图；
图6为本发明超声波扫查的控制方法第二实施例的参考图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明的主要解决方案是：视觉伺服系统确定超声波图像中的病灶区域；根据所述病灶区域确定超声波探头的终点坐标以及终点角度；确定所述终点坐标是否等于历史终点坐标，以及确定所述终点角度是否等于历史终点角度；在所述终点坐标不等于所述历史终点坐标和/或所述终点角度不等于所述历史终点角度时，获取所述超声波探头的当前坐标以及当前角度；根据所述终点坐标、所述终点角度、所述当前坐标以及所述当前角度生成扫查轨迹；控制所述机械臂根据所述扫查轨迹进行扫查。
视觉伺服系统在发现病灶区域时，可进入超声视觉伺服控制模式，其中，AI识别超声波图像中的病灶区域，控制机械臂运动跟踪病灶区域，使病灶始终处于超声图像中间。由于探头对皮肤有一定压力作用，会导致扫除对象发生变形，进而导致病灶区域的移动，因此通过上述方式快速更新机械臂运动的终点位姿，可使病灶区域始终处于超声图像视野中，提高了扫查结果的准确率。
作为一种实现方式，视觉伺服系统可以如图1。
本发明实施例方案涉及的是视觉伺服系统，视觉伺服系统包括：处理器101，例如CPU，存储器102，通信总线103。其中，通信总线103用于实现这些组件之间的连接通信。
存储器102可以是高速RAM存储器，也可以是稳定的存储器(non-volatilememory)，例如磁盘存储器。如图1，作为一种计算机可读存储介质的存储器103中可以包括检测程序；而处理器101可以用于调用存储器102中存储的检测程序，并执行以下操作：
确定超声波图像中的病灶区域；
根据所述病灶区域确定超声波探头的终点坐标以及终点角度；
确定所述终点坐标是否等于历史终点坐标，以及确定所述终点角度是否等于历史终点角度；
在所述终点坐标不等于所述历史终点坐标和/或所述终点角度不等于所述历史终点角度时，获取所述超声波探头的当前坐标以及当前角度；
根据所述终点坐标、所述终点角度、所述当前坐标以及所述当前角度生成扫查轨迹；
控制所述机械臂根据所述扫查轨迹进行扫查。
在一实施例中，处理器101可以用于调用存储器102中存储的检测程序，并执行以下操作：
确定所述扫查轨迹中各个轨迹点对应的扫查速度；
确定所述扫查轨迹中各个轨迹点对应的机械臂关节值；
控制所述机械臂根据所述扫查轨迹中各个轨迹点对应的扫查速度以及各个轨迹点对应的机械臂关节值进行扫查。
在一实施例中，处理器101可以用于调用存储器102中存储的检测程序，并执行以下操作：
根据预设速度约束以及预设加速度约束确定所述扫查轨迹的起点对应的速度以及所述扫查轨迹的起点对应的加速度；
根据所述扫查轨迹的起点对应的速度以及所述扫查轨迹的起点对应的加速度确定所述扫查轨迹中各个轨迹点对应的所述扫查速度。
在一实施例中，处理器101可以用于调用存储器102中存储的检测程序，并执行以下操作：
确定所述扫查轨迹各个轨迹点的超声波探头的位姿；
根据所述扫查轨迹各个轨迹点的超声波探头的位姿确定所述扫查轨迹中各个轨迹点对应的机械臂关节值。
在一实施例中，处理器101可以用于调用存储器102中存储的检测程序，并执行以下操作：
根据所述扫查轨迹中各个轨迹点对应的超声波探头的位姿确定所述扫查轨迹中各个轨迹点对应的机械臂关节值。
在一实施例中，处理器101可以用于调用存储器102中存储的检测程序，并执行以下操作：
控制机械臂根据预设扫查轨迹进行扫查，并获取所述超声波图像。
在一实施例中，处理器101可以用于调用存储器102中存储的检测程序，并执行以下操作：
根据预设扫查轨迹对应的预设控制参数控制所述机械臂进行扫查；
在进行扫查时，周期性获取超声波图像；
识别所述超声波图像中的所述病灶区域。
在一实施例中，处理器101可以用于调用存储器102中存储的检测程序，并执行以下操作：
获取所述当前坐标与所述终点坐标的合成位移；
根据所述合成位移生成所述扫查轨迹。
在本实施例的技术方案中，视觉伺服系统确定超声波图像中的病灶区域；根据所述病灶区域确定超声波探头的终点坐标以及终点角度；确定所述终点坐标是否等于历史终点坐标，以及确定所述终点角度是否等于历史终点角度；在所述终点坐标不等于所述历史终点坐标和/或所述终点角度不等于所述历史终点角度时，获取所述超声波探头的当前坐标以及当前角度；根据所述终点坐标、所述终点角度、所述当前坐标以及所述当前角度生成扫查轨迹；控制所述机械臂根据所述扫查轨迹进行扫查。视觉伺服系统在发现病灶区域时，可进入超声视觉伺服控制模式，其中，AI识别超声波图像中的病灶区域，控制机械臂运动跟踪病灶区域，使病灶始终处于超声图像中间。由于探头对皮肤有一定压力作用，会导致扫除对象发生变形，进而导致病灶区域的移动，因此通过上述方式快速更新机械臂运动的终点位姿，可使病灶区域始终处于超声图像视野中，提高了扫查结果的准确率。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
参照图2，图2为本发明超声波扫查的控制方法的第一实施例，方法包括以下步骤：
步骤S10，确定超声波图像中的病灶区域。
在本实施例中，超声波图像是视觉伺服在进行扫查过程中获取的。其中，视觉伺服系统包括超声波探头以及机械臂，机械臂用于控制超声波探头的坐标和角度。
可选的，控制机械臂根据预设扫查轨迹进行扫查，并获取所述超声波图像。
可选的，根据预设扫查轨迹对应的预设控制参数控制所述机械臂进行扫查；在进行扫查时，周期性获取超声波图像；识别所述超声波图像中的所述病灶区域。
步骤S20，根据所述病灶区域确定超声波探头的终点坐标以及终点角度。
在本实施例中，超声波探头的终点坐标以及终点角度指的是超声波探头完成扫查时最终的坐标位置和姿态，其中，机器人进行运动控制多采用缓存插补的方式，一般把机器人要运动的路径事先规划好，通过插补运动指令(直线插补、圆弧插补等)控制机器人运动，机器人后逐条指令进行解析。一般无法更改正在执行的运动指令的终点位姿和运动速度，无法满足基于高频率反馈控制的要求。常规方法是在连续发送终点位姿P1、P2、P3后，机器人会依次运动到点P1、P2、P3，无法在中途改变运动位置和速度，不能实时更新最新位置。特别是在机器人进行超声扫查时要进行超声视觉伺服控制，传统的离线超声波扫查的控制方法无法满足病灶实时跟踪的需求。
本实施例的超声波扫查的控制方法是为了实现机器人超声视觉伺服。机器人超声视觉伺服是指机器人进行自动乳腺超声条形扫查，同时AI根据反馈的超声图像在线检测病灶，一旦发现可疑病灶，则进入超声视觉伺服控制模式，AI识别出病灶的位置，控制机械臂运动跟踪病灶，使病灶始终处于超声图像中间，同时旋转探头姿态，实现旋转多切面扫查。由于探头对皮肤有一定压力作用，会导致乳房发生变形，探头的移动会导致病灶的移动，因此需要快速更新机械臂运动的终点位姿，使病灶始终处于超声图像视野中。上述超声波探头的终点坐标以及终点角度是基于变换位置之后确定的参数。
步骤S30，确定所述终点坐标是否等于历史终点坐标，以及确定所述终点角度是否等于历史终点角度。
在本实施例中，根据病灶区域确定的超声波探头的终点位姿(终点坐标以及终点角度)，将其与上一次获取的历史位姿(历史终点坐标以及历史终点角度)进行比较，可反推病灶区域是否改变，若是，则可基于终点位姿进行视觉伺服的控制，反之取消视觉伺服的控制。
步骤S40，在所述终点坐标不等于所述历史终点坐标和/或所述终点角度不等于所述历史终点角度时，获取所述超声波探头的当前坐标以及当前角度。
步骤S50，根据所述终点坐标、所述终点角度、所述当前坐标以及所述当前角度生成扫查轨迹。
在本实施例中，当确定了超声波探头的终点位姿，可获取超声波探头的当前位姿，然后根据终点位姿生成上述扫查轨迹。本实施例提出一种基于速度和加速度约束的在线超声波扫查的控制方法，可以任意时刻改变超声波探头的终点位姿和扫查速度，使得机器人实时跟踪最新确定的指令位置，并保证速度平滑。如图3所示，机器人初始位置在A点，发送终点位姿P1，运动到B点时，发送终点位姿P2，运动到C点时，发送终点位姿P3，对于常规的超声波扫查的控制方法，运动的路径是ABP1P2P3。本实施例提出的在线超声波扫查的控制方法实机器人的运动路径是ABCP3，其特点是及时响应终点位姿，更新最新的指令位置。
步骤S60，控制所述机械臂根据所述扫查轨迹进行扫查。
在本实施例中，当确定了上述扫查轨迹，替换预设扫查轨迹，使得视觉伺服系统根据上述扫查轨迹进行扫查。
可选的，获取所述当前坐标与所述终点坐标的合成位移；根据所述合成位移生成所述扫查轨迹。
在本实施例中，确定所述扫查轨迹中各个轨迹点对应的扫查速度；确定所述扫查轨迹中各个轨迹点对应的机械臂关节值；控制所述机械臂根据所述扫查轨迹中各个轨迹点对应的扫查速度以及各个轨迹点对应的机械臂关节值进行扫查。
参照图4，图4为本发明超声波扫查的控制方法的第二实施例，基于第一实施例，步骤S60包括：
步骤S61，确定所述扫查轨迹中各个轨迹点对应的扫查速度。
在本实施例中，扫查速度为超声波探头在扫查时的速度。
可选的，根据预设速度约束以及预设加速度约束确定所述扫查轨迹的起点对应的速度以及所述扫查轨迹的起点对应的加速度；根据所述扫查轨迹的起点对应的速度以及所述扫查轨迹的起点对应的加速度确定所述扫查轨迹中各个轨迹点对应的所述扫查速度。
步骤S62，确定所述扫查轨迹中各个轨迹点对应的机械臂关节值。
在本实施例中，机械臂关节值用于控制机械臂。
可选的，确定所述扫查轨迹各个轨迹点的超声波探头的位姿；根据所述扫查轨迹各个轨迹点的超声波探头的位姿确定所述扫查轨迹中各个轨迹点对应的机械臂关节值。
可选的，根据所述扫查轨迹中各个轨迹点对应的超声波探头的位姿确定所述扫查轨迹中各个轨迹点对应的机械臂关节值。
步骤S63，控制所述机械臂根据所述扫查轨迹中各个轨迹点对应的扫查速度以及各个轨迹点对应的机械臂关节值进行扫查。
在本实施例中，根据机械关节值控制机械臂。
可选的，本实施例主要包括C1-C7这7个模块。
C1初始化，即把机械臂当前的所在的当前位姿p0＝[x0，y0，z0，α0，β0，γ0]，速度约束Vmax和加速度约束amax，写入到控制器。
C2指令更新，应用程序的AI模块根据超声反馈，识别病灶所在位置，按周期进行终点位姿更新，输入终点位姿pk＝[xk，yk，zk，αk，βk，γ]。指令更新周期根据系统数据通讯设置合理的值，需要比插补周期小。
C3计算终点位姿合成位移rk，从当前插补位置pi运动到终点位姿pk，终点位姿均采用线性路径进行插补。因此，指令更新终点位姿时，需要更新当前插补的合成位移及其运动方向矢量，按下式计算：
Figure GDA0003818387590000111
其中，将rk作为终点位姿合成位移，将作为Vk终点位姿的运动方向矢量，其中，Vk用于计算终点位姿更新后的机械臂关节值，以生成扫查轨迹。
C4在线速度规划，该模块是本实施例的关键环节，实现基于速度约束和加速度约束的速度规划。这里在线速度规划实际上是对标量合成位移进行速度规划。如图5所示，第i+1个周期时，根据上个(第i)周期输出的合成位移量与终点位姿的合成位移量的偏差，计算下一个周期对应的加速度，积分得到速度，再积分得到下一个周期的合成位移量，如此循环，使得误差尽可能快地减小，最终到达终点位姿的合成位移。整个计算过程同时满足以下约束：
Figure GDA0003818387590000112
这里的
Figure GDA0003818387590000113
和|ui|分别为轨迹在i*Ts时刻(采样时间中第i个周期对应的时刻)的速度和加速度。
当输入为阶跃信号时，输出运动为梯形轨迹。
定义归一化轨迹位置误差和速度误差：
Figure GDA0003818387590000114
控制信号的计算如下：
Figure GDA0003818387590000121
其中floor()函数为取整数部分，sign()为符号函数，sat()为饱和函数，定义如下：
Figure GDA0003818387590000122
一旦计算出,对应的速度和位移为：
Figure GDA0003818387590000123
因此，C4模块的输出di＝qi+1-qi。实施示例，给定rk＝10,Vmax＝10,amax＝15，按照给定参数输出结果，结果如图6所示，验证算法准确。
C5线性补输出位姿，按照在线速度在该周期输出的相对位移di＝qi+1-qi，按照前述计算的方向矢量Vk分解到各个方向，进行线性插补获得该周期机械臂运动的位姿pi，计算如下：
pi＝pi-1+di*Vk
C6运动学逆解，该模块根据超声探头的位姿pi计算出机械臂关节值θi，本实施例所提的方案适用于各种类型的机械臂，不同的机械臂运动应用该方法的区别主要在于运动学逆解模块有所区别。
C7驱动机械臂，把运动学逆解计算的关节值发送到机械臂各关节伺服驱动器，驱动机械臂运动到指定位置。
可选的，C1初始化模块一般在控制器启动时执行一次，把参数输入到控制器即可，C2，C3模块则根据AI在线超声图像处理的效率以合适的频率周期执行(建议是周期是10ms-50ms)，C4，C5，C6，C7模块则需要较高的实时性，需要在定时器中断里按周期执行(建议是周期1ms-5ms)，以保证运动平滑和轨迹规划的精度。
在本实施例的技术方案中，视觉伺服系统在发现病灶区域时，可进入超声视觉伺服控制模式，其中，AI识别超声波图像中的病灶区域，控制机械臂运动跟踪病灶区域，使病灶始终处于超声图像中间。由于探头对皮肤有一定压力作用，会导致扫除对象发生变形，进而导致病灶区域的移动，因此通过上述方式快速更新机械臂运动的终点位姿，可使病灶区域始终处于超声图像视野中，提高了扫查结果的准确率。
为实现上述目的，本发明实施例还提供一种视觉伺服系统，所述视觉伺服系统包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的超声波扫查的控制方法的各个步骤。
为实现上述目的，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的超声波扫查的控制方法的各个步骤。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种超声波扫查的控制方法，其特征在于，应用于视觉伺服系统，所述视觉伺服系统包括超声波探头以及机械臂，所述方法包括：
根据预设扫查轨迹对应的预设控制参数控制所述机械臂进行扫查；
在进行扫查时，周期性获取超声波图像；
识别所述超声波图像中的病灶区域，所述病灶区域在超声波扫查过程中会发生移动；
根据所述病灶区域确定超声波探头的终点坐标以及终点角度；
确定所述终点坐标是否等于历史终点坐标，以及确定所述终点角度是否等于历史终点角度；
在所述终点坐标不等于所述历史终点坐标和/或所述终点角度不等于所述历史终点角度时，获取所述超声波探头的当前坐标以及当前角度；
根据所述终点坐标、所述终点角度、所述当前坐标以及所述当前角度生成扫查轨迹；
控制机械臂根据所述扫查轨迹进行扫查；
所述控制机械臂根据所述扫查轨迹进行扫查包括：
S1：根据预设速度约束以及预设加速度约束确定所述扫查轨迹的起点对应的速度以及所述扫查轨迹的起点对应的加速度；根据所述扫查轨迹的起点对应的速度以及所述扫查轨迹的起点对应的加速度确定所述扫查轨迹中各个轨迹点对应的扫查速度；
S2：确定所述扫查轨迹各个轨迹点的超声波探头的坐标以及角度；根据所述扫查轨迹各个轨迹点的超声波探头的坐标以及角度确定所述扫查轨迹中各个轨迹点对应的机械臂关节值；
S3：控制所述机械臂根据所述扫查轨迹中各个轨迹点对应的扫查速度以及各个轨迹点对应的机械臂关节值进行扫查；
其中，确定所述扫查轨迹中各个轨迹点对应的所述扫查速度和机械臂关节值的具体步骤包括：
C1初始化，把机械臂当前的所在的当前位姿p0＝[x0,y0,z0,α0,β0,γ0]，速度约束vmax和加速度约束amax，写入到控制器；
C2指令更新，应用程序的AI模块根据超声反馈，识别病灶所在位置，按周期进行终点位姿更新，输入终点位姿pk＝[xk,yk,zk,αk,βk,γk]；
C3计算终点位姿合成位移rk，从当前插补位置pi运动到终点位姿pk，终点位姿均采用线性路径进行插补，因此，指令更新终点位姿时，需要更新当前插补的合成位移及其运动方向矢量，按下式计算：
Figure FDA0003917817520000021
其中，rk为终点位姿合成位移，将Vk作为终点位姿的运动方向矢量，Vk用于计算终点位姿更新后的机械臂关节值；
C4在线速度规划：根据上个周期输出的合成位移量与终点位姿的合成位移量的偏差，计算下一个周期对应的加速度，积分得到速度，再积分得到下一个周期的合成位移量，如此循环，最终到达终点位姿的合成位移，计算过程满足以下约束：
Figure FDA0003917817520000022
定义归一化轨迹位置误差和速度误差：
Figure FDA0003917817520000023
生成过程如下：
Figure FDA0003917817520000031
Figure FDA0003917817520000032
Figure FDA0003917817520000033
Figure FDA0003917817520000034
其中，floor()函数为取整数部分，sign()为符号函数，sat()为饱和函数，定义如下：
Figure FDA0003917817520000035
对应的速度和位移为：
Figure FDA0003917817520000036
C4输出di＝qi+1-qi；
其中，
ui：i*Ts时刻的加速度
Figure FDA0003917817520000037
i*Ts时刻的速度
di：在线速度在该周期输出的相对位移；
C5线性插补输出位姿，按照在线速度在该周期输出的相对位移di，按照前述计算的方向矢量Vk分解到各个方向，进行线性插补获得该周期的机械臂运动的位姿，计算如下：
pi＝pi-1+di*Vk
C6运动学逆解，根据该周期的机械臂运动的位姿pi计算出机械臂关节值θi；
C7驱动机械臂，把运动学逆解计算出机械臂关节值θi发送到机械臂各关节伺服驱动器，以驱动所述机械臂运动到指定位置。
2.一种视觉伺服系统，其特征在于，所述视觉伺服系统包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1中所述的超声波扫查的控制方法的步骤。
3.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1中所述的超声波扫查的控制方法的步骤。
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