CN117398085B - 基于力扰动的手臂阻抗计算方法及超声扫查技能采集系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于医疗超声扫查领域技术领域，具体涉及一种基于力扰动的手臂阻抗计算方法及超声扫查技能采集系统。本发明的基于力扰动的手臂阻抗计算方法包括：获得探头与皮肤的接触力和六维力传感器所在坐标系的三个坐标轴方向的作用分力；在扫查时施加干扰力，求解获得因干扰产生的位置变化p，将p差分并进行零相位数字滤波得到速度，将速度差分并进行零相位数字滤波得到加速度；求解出探头所受的人手抵抗干扰的力Farm，进而求出探头施加在人手上的力F´arm；使用最小二乘法计算手臂阻抗中参数。本发明具备计算简洁且测算结果准确的优点，能够快速测得操作人员手臂阻抗，进而为专业超声操作人员手臂阻抗与新手手臂阻抗的差别化研究提供基础保障。
Description
技术领域
本发明属于医疗超声扫查领域技术领域，具体涉及一种基于力扰动的手臂阻抗计算方法及超声扫查技能采集系统。
背景技术
医学超声检查凭借低成本、无辐射、实时性等优势逐渐成为应用最为普遍的医学影像技术。然而，超声扫查的成像质量依赖于医生的工作经验和操作手法，这些隐性的知识需要大量的工作经验来习得，具有学习慢而且不易传授的特点，所以也导致了专业超声操作人员的严重紧缺。
鉴于此，中国专利公告号为“CN203169211 U”的专利文本提供了一种超声会诊教学系统，包括：超声影像采集单元，用于采集患者的医学影像信息并输出；中央服务器，用于超声影像采集单元输出的影像信息，对影像信息进行处理、存储并输出；教学终端，用于与中央服务器进行数据交互，实现诊断同时对学员进行同步教学；该实用新型的超声会诊教学系统，能够在会诊的同时对学员进行教学，能够方便各地的专家对不同地区的患者的病症根据超声影像进行诊断并及时提供诊断方式与方法，提高诊断效率，使病人能够尽快地恢复健康，而且也能够方便地使学员参与到会诊中，将理论与专家对实际诊断结合起来，并可实时提问讨论，提高学习效率，将资源有效地整合，节约资源。同时，中国专利公告号为“CN111445769 A”的专利文本提供了一种基于小程序的超声教学系统，涉及超声教学技术领域，包括：逻辑后台端，保存预先生成的设备使用说明及每个检查部位的影像教学数据；至少一学员端，搭载有小程序，学员端通过小程序分别与超声设备和逻辑后台端进行信息交互，学员端用于识别超声设备的设备信息，并与设备信息关联的超声设备建立通信连接；根据设备信息加载设备信息对应的设备使用说明以供学员端的学员查看；根据设备信息对超声设备进行模拟调参，并将模拟调参结果通过小程序进行显示以供学员查看；影像教学模块，用于针对超声检查的每个检查部加载相应的影像教学数据以供学员端的学员查看。将超声设备和超声诊断的培训有机结合，使用户更容易上手设备，利于诊断。然而，这类现有技术仍然无法将理论与实践结合起来，使得学生的教学效果无法保证也无法评估。
而实际上，目前的超声扫查教学任务中，需要关注的只有以下三点：其一， 图像的识别与理解(正常图像和异常图像）；其二，扫查的顺序；其三，扫查的手法。而在扫查手法中，目前又大多只关注应该是横切还是纵切，或者怎么摆动探头位置与角度来获得清晰的图像，几乎从来没有人明确的教授在超声扫查时应该施加什么样的力以及手臂应该有多大的阻抗，然而这些知识又是对成像质量影响较大的关键因素，也更看重操作经验，显然也不是简简单单的通过看录像等方式就能习得的。尤其超声扫查属于精细操作，在扫查时不需要施加很大的力，但需要测量装置有很高的透明度；透明度即机器人在没有人类可感知的阻力的情况下跟踪人类运动的能力，显然低透明度会影响阻抗测量结果。是否能够研发出一种不仅可以测量探头的位姿、接触力和操作人员手臂阻抗的超声扫查技能采集系统，并确保该系统的高透明度工作目的，为本领域近年来所亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种基于力扰动的手臂阻抗计算方法，其具备计算简洁且测算结果准确的优点，能够快速测得操作人员手臂阻抗，进而为专业超声操作人员手臂阻抗与新手手臂阻抗的差别化研究提供基础保障。本发明不仅利于指导新手快速学习如何配置合适的手臂阻抗，还可把专业超声操作人员的手臂阻抗信息载入远程超声扫查作业中，从而提升远程超声扫查的作业效果。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
基于力扰动的手臂阻抗计算方法，其特征在于包括以下步骤：
S1.将探头所在的操作组件安装于Omega7力反馈平台的手柄上，并确保该操作组件的重心与Omega7力反馈平台的手柄重心重合；
S2.依靠拉压力传感器获得探头与皮肤的接触力，利用六维力传感器获得该六维力传感器所在坐标系的三个坐标轴方向的作用分力；
S3.操作探头进行扫查，在扫查时施加干扰力，通过正运动学分析后，求解获得因干扰产生的位置变化p，将p差分并进行零相位数字滤波得到速度，将/>差分并进行零相位数字滤波得到加速度/>；
S4.获得探头所受的人手抵抗干扰的力F arm ，进而求出探头施加在人手上的力F ´ arm ；
S5.使用最小二乘法计算获得手臂阻抗中参数，包括质量M、阻尼D和刚度K，如下式：
其中：
n为操作次数。
优选的，所述步骤S3中，因干扰产生的位置变化p通过下式得出：
其中：
pUS为探头在扰动期间的位置；
pUS（t1）为探头在扰动前的位置。
优选的，所述步骤S4中，Farm通过将扰动期间测得的力与扰动前的力的差值来计算，如下式：
其中：m US 为探头的质量；
此时，是六维力传感器给探头的力Fs与阻力Fr的合力，如下式：
则F´arm通过下式计算得到：
其中：F´ arm 为探头施加在人手上的力。
优选的，超声扫查时，施加的干扰力Fd在t1时刻开始，在t2时刻结束，且t2–t1=100ms。
优选的，所述S1步骤中，操作组件的重心与Omega7力反馈平台的手柄重心重合后，可达成零力拖动功能；该零力拖动功能具体通过重力补偿和力矩补偿来实现：
S11.重力补偿：
Omega7力反馈平台自身具备重力平衡状态，当安装操作组件后，需通过Omega7力反馈平台施加额外的驱动力来平衡添加了操作组件后的整体重力，即重力补偿，具体如下：
以世界坐标系为O0-X0Y0Z0，O0-X0Y0Z0中的重力方向向量g0为：
Omega7力反馈平台的基坐标系O1-X1Y1Z1中的重力方向向量g1为：
其中：为O1-X1Y1Z1到O0-X0Y0Z0的姿态变换矩阵的转置；
Omega7力反馈平台附加的电机驱动力为：
其中：f x 、f y 和f z 为Omega7力反馈平台附加的电机驱动力的分量，m 1 为探头、拉压力传感器与六维力传感器的质量，m 2 为配重盒和配重块的重量，m 3 为将操作组件连接于Omega7力反馈平台上的连接件的质量，g为重力加速度；
S12.力矩补偿：
以操作组件的重心为O2建立操作坐标系O2-X2Y2Z2，且手柄的重心O6至操作组件的重心O2之间水平距离等于操作组件的重心O2至探头的重心O5之间水平距离；此时，选取过连接件的重心的水平面为零势能面，列出以下重力势能公式：
其中：
连接件重心与操作组件的重心在O2-X2Y2Z2的Z2轴上共线，h 1 为探头的重心与操作组件的重心的铅垂距离；h 2 为连接件重心与操作组件的重心的铅垂距离。
优选的，所述步骤S3中，正运动学分析具体包括以下子步骤：
S31.以世界坐标系为O0-X0Y0Z0，其中Z0轴方向垂直向上，与重力方向相反，而在Omega7力反馈平台的基坐标系O1-X1Y1Z1中，Z1轴绕Z0轴的旋转角度是任意的；因此，首先将O0-X0Y0Z0绕X0轴旋转α 10 ，再绕O1-X1Y1Z1的Y1轴旋转β 10 ，得到O1-X1Y1Z1到O0-X0Y0Z0的旋转矩阵和坐标变换矩阵/>如下：
其中：RX(α 10 )为绕O1-X1Y1Z1的X1轴的姿态旋转矩阵；RY(β 10 )为绕O1-X1Y1Z1的Y1轴的姿态旋转矩阵；
S32.O1-X1Y1Z1先绕X1轴旋转α 21 ，再绕O2-X2Y2Z2的Y2轴旋转β 21 ，最后绕Z2轴旋转γ21，得到O2-X2Y2Z2到O1-X1Y1Z1的旋转矩阵和坐标变换矩阵/>为：
其中：RX(α 21 )为绕O2-X2Y2Z2的X2轴的姿态旋转矩阵；RY(β 21 )为绕O2-X2Y2Z2的Y2轴的姿态旋转矩阵；RZ(γ21)为绕O2-X2Y2Z2的Z2轴的姿态旋转矩阵；
p x ，p y 和p z 为O1在O2-X2Y2Z2内的位置，由Omega7力反馈平台的API函数得到；
S33.将O2-X2Y2Z2先绕X2轴旋转α 23 ，再绕Z3轴旋转γ23，则O2-X2Y2Z2的各轴方向与六维力传感器所在坐标系O3-X3Y3Z3的各轴相同，得到O3-X3Y3Z3到O2-X2Y2Z2的旋转矩阵：
其中：RX(α 23 )为绕O3-X3Y3Z3的X3轴的姿态旋转矩阵；RZ(γ23)为绕O3-X3Y3Z3的Z3轴的姿态旋转矩阵；
S34.将O2-X2Y2Z2绕X2轴旋转α 24 ，得到探头坐标系O4-X4Y4Z4；在O4-X4Y4Z4的Z4轴方向上的手柄重心O2至探头重心O4之间距离为l O2O4 ，则O4-X4Y4Z4到O2-X2Y2Z2的旋转矩阵和坐标转换矩阵/>为：
其中：RX(α 24 )为绕O4-X4Y4Z4的X4轴的姿态旋转矩阵；
S35.得出O4-X4Y4Z4到O0-X0Y0Z0的坐标变换矩阵如下：
其中：为O4-X4Y4Z4到O0-X0Y0Z0的旋转矩阵，表示探头的姿态；pUS_x、pUS_y和pUS_z共同构成探头在世界坐标系O0-X0Y0Z0中的位置。
优选的，所述S2步骤中，利用六维力传感器获得该六维力传感器所在坐标系的三个坐标轴方向的作用分力包括以下子步骤：
将六维力传感器的三个力分量的零点值记为Fx0、Fy0和Fz0，三个力矩分量的零点值记为Mx0、My0和Mz0，探头重力为G，探头重心在六维力传感器所在坐标系O3-X3Y3Z3中的坐标为{x, y, z}，探头在X3轴、Y3轴和Z3轴方向的作用分力分别为Gx、Gy和Gz, 探头对X3轴、Y3轴和Z3轴的作用力矩分别为 Mgx、Mgy和Mgz, 得下式：
在Omega7力反馈平台的可达空间里，取N个不同姿态，得到N组六维力传感器的数据，得到六维力传感器零点、探头重量及安装倾角数据；
将六维力传感器测得的数据消除六维力传感器零点和探头分力以及安装倾角的影响，得到外力在六维力传感器所在坐标系的三个坐标轴上的分量Fex、Fey和Fez为：
其中：
Fx、Fy和Fz为六维力传感器在X3轴、Y3轴和Z3轴方向的三个力分量数据，如下：
g3为重力在六维力传感器所在坐标系O3-X3Y3Z3中的方向向量，其值为：
其中：为O1-X1Y1Z1到O0-X0Y0Z0的姿态变换矩阵的转置；/>为O2-X2Y2Z2到O1-X1Y1Z1的姿态变化矩阵的转置；/>为O3-X3Y3Z3到O2-X2Y2Z2的姿态变化矩阵的转置；
而外部力矩在六维力传感器所在坐标系的三个坐标轴上的分量Mex、Mey和Mez为：
其中：Mx，My和Mz为直接从六维力传感器中读到的绕x轴，y轴和z轴的力矩值；
通过下式将所述外力与外部力矩转化到世界坐标系中：
其中：
为六维力传感器在扰动期间测得的力；
为O3-X3Y3Z3到O0-X0Y0Z0的力转换矩阵；
为在O0-X0Y0Z0中测得的外力；
为O3在O0-X0Y0Z0中的位置；
为O3-X3Y3Z3到O0-X0Y0Z0的旋转矩阵，/>。
优选的，超声扫查技能采集系统，该超声扫查技能采集系统应用所述的基于力扰动的手臂阻抗计算方法，其特征在于：探头包括探头本体以及固定于探头本体的顶端的夹紧套，夹紧套外套设外壳体，以使得探头本体通过夹紧套处拉压力传感器衔接固定于外壳体处；连接件同轴固定于手柄处，连接件前端通过六维力传感器连接带有探头本体的外壳体，连接件后端固定有用于内置配重块的配重盒。
优选的，所述夹紧套上还设置有铅垂滑轨，外壳体内壁处布置铅垂滑块，铅垂滑轨与铅垂滑块间形成铅垂导向配合关系。
优选的，所述Omega7力反馈平台通过底座固定于铅垂升降柱的活塞杆端，铅垂升降柱的缸体固定于移动小车上。
本发明的有益效果在于：
通过上述方案，本发明具体操作时，一方面，通过使用成熟的Omega7力反馈平台，可以准确获得探头的位置和姿态和接触力等信息，从而为后续数据的计算的精确性提供保障。此外，该平台结构轻巧，也不会对测量结果产生影响，利于实际操作。另一方面，整个操作组件在结构设计时，通过将操作组件的重心与力反馈平台的三轴转动中心重合，保证在加入额外零部件后，力反馈平台转矩仍然平衡，为后续施加力干扰后的精确数值测量打下坚实基础，并辅以后续计算流程，可确保手臂阻抗计算的数据准确性。
至此，本发明提供了一种具备计算简洁且测算结果准确的优点的基于力扰动的手臂阻抗计算方法，其不仅可以采集超声扫查的位置姿态信息，还可以测量施加干扰力后获得操作人员的手臂阻抗信息。甚至可以通过零力拖动控制，进一步降低对操作人员的正常扫描过程的影响，以便研究专业超声操作人员与新手的手臂阻抗差别，从而指导新手快速学习到应如何配置手臂阻抗，也能把专业超声操作人员的手臂阻抗信息用于远程超声扫查，提高远程超声扫查的作业效果。
附图说明
图1为本发明的超声扫查技能采集系统的工作状态示意图；
图2为Omega7力反馈平台与操作组件的待装配状态示意图；
图3为操作组件的结构爆炸图；
图4为操作组件各部位重心关系示意图；
图5为操作组件的受力简图；
图6为本发明的坐标系定义示意图；
图7为六维力传感器所在坐标系的探头重力作用力示意图；
图8为移动小车的其中一种实施例的结构示意图；
图9为本发明的实施例的工作流程框图。
本发明各标号与部件名称的实际对应关系如下：
10-操作组件；11-探头；11a-探头本体；11b-夹紧套；11c-外壳体；11d-铅垂滑轨；11e-铅垂滑块；12-拉压力传感器；13-六维力传感器；14-连接件；15-配重盒；
20-Omega7力反馈平台；21-手柄；22-底座；
30-铅垂升降柱；40-移动小车。
具体实施方式
为便于理解，此处结合图1-图9，对本发明的具体结构及工作方式作以下进一步描述：
本发明的超声扫查技能采集系统如图1-图8所示，包括操作组件10、力反馈设备和移动小车40。
实际使用时，本发明的力反馈设备优选采用Omega7力反馈平台20，以确保基础部件的工作稳定性、成熟性和可靠性。同时，操作组件10则包括沿水平的轴向依序布置的探头11、连接件14和配重盒15；探头11内安装探头本体11a，连接件14在衔接探头11与配重盒15的同时，也起到同轴固定至Omega7力反馈平台20的手柄21上的效果；配重盒15则视情况增加如铅块等配重块，从而起到平衡操作的目的。
具体而言，实际装配时，夹紧套11b在夹紧探头本体11a之前，首先与铅垂滑轨11d以及拉压力传感器12底面固定。如图3所示，在夹紧套11b右面有两个孔是为了拧紧铅垂滑轨11d而留出的螺丝刀作业空间。拉压力传感器12的固定螺钉可从拉压力传感器12下方直接拧紧固定在夹紧套11b上。各螺钉均可选用沉头螺钉，使得紧固后不影响夹紧套11b与探头本体11a的固定。夹紧套11b为薄壁结构，且薄壁尺寸略大于探头本体11a的外形尺寸，以使得探头本体11a可伸进夹紧套11b内部，然后通过夹紧套11b两侧的六个螺栓将夹紧套11b收紧。
外壳体11c包括后外壳和前外壳，前外壳和后外壳通过周围的十二个螺栓固定到一起。装配时，后外壳侧面通过沉头螺钉与微型的六维力传感器13的前侧面固定到一起。后外壳顶面则通过沉头螺钉与拉压力传感器12顶面固定到一起；此时，拉压力传感器12的底面固定在夹紧套11b处，前外壳侧面通过沉头螺钉与铅垂滑块11e固定到一起。
值得注意的是：由上述装配过程可知，探头本体11a并没有直接和前外壳或者后外壳接触，而是通过拉压力传感器12将探头本体11a固定到外壳体11c处。铅垂滑块11e和铅垂滑轨11d的配合用于起到卸力的作用，由于该滑轨配合的存在，让拉压力传感器12只承受沿探头本体11a向上的力；换言之，在操作人员手握住外壳体11c扫查时，拉压力传感器12仅会直接测量探头本体11a与皮肤的接触力，以保障数据的精确性。
如图3所示的，六维力传感器13的右侧面也有螺纹孔，通过三个M2螺栓与连接件14的左侧面紧固到一起，配重盒15与连接件14右侧紧固到一起。配重盒15上方呈开口状态，方便配重块的放置；配重盒15盒子大小根据配重块如铅块等的尺寸设计，以使得配重块放入后能正好卡在盒内。
连接件14的结构如图2-图3所示，外形呈带有两侧安装面的套筒状构造，其不仅作为探头11与配重块的安装平台，同时，连接件14本身也能直接套设在手柄21处，并通过螺钉紧固的方式箍紧在手柄21处。
Omega7力反馈平台20的底座22通过四个螺栓固定至移动小车40的铅垂升降柱30上。移动小车40的功能一方面在于其便于移动性，另一方面，也能依靠铅垂升降柱30的动作从而实现扫查区域的准确对中效果。同时，移动小车40还可通过若干定位柱来保证自身位置的稳定性，从而为扫查操作提供稳定的基础平台。显然，基于上述功能，移动小车40的实现方式可为多种，但在进行超声扫描时手部阻抗测量时，由于Omega7力反馈平台20要施加一定的力干扰，因此考虑布置带有地脚的结构，具体参照图1和图8所示。实际作业时，移动小车40上的铅垂升降柱30，可以适应不同高度的测量部位需求。移动小车40的设计，则能扩大Omega7力反馈平台20的工作空间。确定好移动小车40位置后，拧紧福马轮上的地脚以及移动小车40后面的地脚，可使地脚接触地面，提高移动小车40在测量时的稳定性。
在上述结构的基础上，操作人员在执行任务时的手部阻抗测量流程时，应当遵循以下流程：
首先，对超声扫查技能采集系统进行相关设计；设计内容包括结构设计、正运动学分析、零力拖动功能以及六维力传感器13外力感知的计算等。接着就可以测量超声操作人员的手臂阻抗：在扫查时施加干扰力，通过前面的正运动学分析，进一步求解出由于干扰产生的位置变化p，经过差分以及滤波得到速度和加速度/>；再通过零力拖动功能平衡配重块对超声扫查原任务的影响。随后，求解出探头11所受的人手抵抗干扰的力Farm，进而求出探头11施加在人手上的力F´arm。最后，通过采集的多组F´arm、p、/>和/>，就能通过最小二乘法求出操作人员手臂的阻抗参数，包括质量M、阻尼D和刚度K。
以下结合图9，通过具体实施例的方式对上述测量流程做进一步阐述：
实施例1：
1）正运动学分析：
各坐标系定义如图6所示。
S31.以世界坐标系为O0-X0Y0Z0，其中Z0轴方向垂直向上，与重力方向相反，而在Omega7力反馈平台的基坐标系O1-X1Y1Z1中，Z1轴绕Z0轴的旋转角度是任意的；因此，首先将O0-X0Y0Z0绕X0轴旋转α 10 ，再绕O1-X1Y1Z1的Y1轴旋转β 10 ，得到O1-X1Y1Z1到O0-X0Y0Z0的旋转矩阵和坐标变换矩阵/>如下：
其中：RX(α 10 )为绕O1-X1Y1Z1的X1轴的姿态旋转矩阵；RY(β 10 )为绕O1-X1Y1Z1的Y1轴的姿态旋转矩阵；
S32.O1-X1Y1Z1先绕X1轴旋转α 21 度，再绕O2-X2Y2Z2的Y2轴旋转β 21 度，最后绕Z2轴旋转γ21度，得到O2-X2Y2Z2到O1-X1Y1Z1的旋转矩阵和坐标变换矩阵/>为：
其中：RX(α 21 )为绕O2-X2Y2Z2的X2轴的姿态旋转矩阵；RY(β 21 )为绕O2-X2Y2Z2的Y2轴的姿态旋转矩阵；RZ(γ21)为绕O2-X2Y2Z2的Z2轴的姿态旋转矩阵；
p x ，p y 和p z 为O1在O2-X2Y2Z2内的位置，由Omega7力反馈平台的API函数得到；
S33.将O2-X2Y2Z2先绕X2轴旋转90°，再绕Z3轴旋转48°，则O2-X2Y2Z2的各轴方向与六维力传感器所在坐标系O3-X3Y3Z3的各轴相同，得到O3-X3Y3Z3到O2-X2Y2Z2的旋转矩阵：
S34.将O2-X2Y2Z2绕X2轴旋转180°，得到探头坐标系O4-X4Y4Z4；在O4-X4Y4Z4的Z4轴方向上的手柄重心O2至探头重心O4之间距离l O2O4 设置为66.7 mm，则O4-X4Y4Z4到O2-X2Y2Z2的旋转矩阵和坐标转换矩阵/>为：
S35.得出O4-X4Y4Z4到O0-X0Y0Z0的坐标变换矩阵如下：
其中：为O4-X4Y4Z4到O0-X0Y0Z0的旋转矩阵，表示探头的姿态；pUS_x、pUS_y和pUS_z共同构成探头在世界坐标系O0-X0Y0Z0中的位置。
2）零力拖动功能：
本发明实际设计时，应始终工作在零力拖动模式，从而减少对常规超声扫描操作的影响。为避免采用导纳控制带来的阻抗测量不准确问题，本发明采用了重力补偿和力矩补偿的双线补偿思路，来实现本发明的零力拖动功能。
具体如下：
A、重力补偿：
当Omega7力反馈平台20未与操作组件10连接且执行Omega7内置API函数时，Omega7力反馈平台20内置的三台电机将自动产生驱动力，整个机构将处于重力平衡状态，此为自带工作模式。但，当添加探头本体11a所在的操作组件10时，就要额外设置合适的驱动力来平衡该添加部件的重力，求导过程如下：
以世界坐标系为O0-X0Y0Z0，O0-X0Y0Z0中的重力方向向量g0为：
Omega7力反馈平台20的基坐标系O1-X1Y1Z1中的重力方向向量g1为：
其中：为O1-X1Y1Z1到O0-X0Y0Z0的姿态变换矩阵的转置；
Omega7力反馈平台20附加的电机驱动力为：
其中：f x 、f y 和f z 为Omega7力反馈平台附加的电机驱动力的分量，m 1 为探头11、拉压力传感器12与六维力传感器13的质量，m 2 为配重盒15和配重块的重量，m 3 为将操作组件10连接于Omega7力反馈平台20上的连接件14的质量，g为重力加速度；
B、力矩补偿：
由于Omega7力反馈平台20在三个转动方向上都没有驱动，所以可通过配重块来保证旋转部分也即手柄21的重心在图4的手柄21的坐标原点O1处，从而保证绕三轴的力矩平衡效果。
如图4所示，以操作组件10的重心为O2，操作组件10可以分为三大部分，第一部分包括探头11、拉压力传感器12和六维力传感器13，此部分重量为m1，其重心与整个操作组件10的重心所在坐标系的z轴的距离为l 1 ，与整个操作组件10的重心所在坐标系x轴的距离为h 1 -h 2 ，如图4所示；第二部分，是配重盒15及作为配重块的铅块，此部分重量为m2，重心与整个操作组件10的重心所在坐标系的z轴的距离为l 2 ，与整个操作组件10的重心所在坐标系的x轴的距离也为h 1 -h 2 ；第三部分，连接件14，此部分重量为m3，重心与整个操作组件10的重心所在坐标系的z轴共线，与整个操作组件10的重心所在坐标系的x轴的距离为h 2 。
在上述变量中，m1、m3和l 1 可以在三维建模软件中测量得到。因为配重块的位置需要设计，所以m2和l 2 未知。因为要调节探头11及配重盒15的高度，以确保最终的操作组件10的重心在O2点，所以h 1 也未知。
至此，可对整个操作组件10的重心所在坐标系的y轴列出力矩平衡方程得到：
为了使整体的质量最小，需要让l 2 的值大一些，但是l 2 值过大，会导致配重盒15和Omega7力反馈平台20发生干涉，最后选择l 2 与l 1 相等。从而得到m2与m1相等。
当m2和l 2 已知时，对整体列出重力势能公式，选取过连接件14的重心的水平面为零势能面，则：
由于想要让操作组件10最终的重心在O2处，所以上式中h 2 已知，根据势能公式就可求出h 1 的值。
此时，如图4所示，连接件14安装在Omega7力反馈平台20的手柄21上时，通过上述计算后的参数，使得操作组件10的重心O2与手柄21的原旋转轴中心O1刚好重合，这样才不会破坏原来的转动平衡。
C、六维力传感器13的外力感知：
该流程的目的，是采用最小二乘法求出六维力传感器13零点、探头11重量、安装倾角等参数，消除六维力传感器13零点及探头重力等对受力感知的影响。
具体为：
将六维力传感器13的三个力分量的零点值记为Fx0、Fy0和Fz0，三个力矩分量的零点值记为Mx0、My0和Mz0，探头重力为G，探头重心在六维力传感器13所在坐标系O3-X3Y3Z3中的坐标为{x, y, z}，探头在X3轴、Y3轴和Z3轴方向的作用分力分别为Gx、Gy和Gz, 探头对X3轴、Y3轴和Z3轴的作用力矩分别为 Mgx、Mgy和Mgz, 根据力与力矩的关系可以得下式：
在Omega7力反馈平台20的可达空间里，取N个不同姿态，得到N组六维力传感器13的数据，得到六维力传感器13零点、探头11重量及安装倾角数据；
将六维力传感器13测得的数据消除六维力传感器13零点和探头分力以及安装倾角的影响，得到外力在六维力传感器13所在坐标系的三个坐标轴上的分量Fex、Fey和Fez为：
其中；
Fx、Fy和Fz为六维力传感器13在X3轴、Y3轴和Z3轴方向的三个力分量数据；
g3为重力在六维力传感器13所在坐标系O3-X3Y3Z3中的方向向量，其值为：
其中：为O1-X1Y1Z1到O0-X0Y0Z0的姿态变换矩阵的转置；/>为O2-X2Y2Z2到O1-X1Y1Z1的姿态变化矩阵的转置；/>为O3-X3Y3Z3到O2-X2Y2Z2的姿态变化矩阵的转置；
而外部力矩在六维力传感器13所在坐标系的三个坐标轴上的分量Mex、Mey和Mez为：
通过下式将所述外力与外部力矩转化到世界坐标系中：
其中：
为六维力传感器在扰动期间测得的力；
为O3-X3Y3Z3到O0-X0Y0Z0的力转换矩阵；
为在O0-X0Y0Z0中测得的外力；
为O3在O0-X0Y0Z0中的位置；
为O3-X3Y3Z3到O0-X0Y0Z0的旋转矩阵，/>。
3）超声扫查时的阻抗测量：
(1) 施加的干扰力：
超声扫查时，在探头11重心所在坐标系O4-X4Y4Z4的其中一个轴向施加干扰力Fd，干扰力Fd在t1时刻开始，在t2时刻结束，且t2–t1= 100ms，即：
(2) 受力及位置分析：
以探头11连接到如图1所示的设备上为例，分析在扫查方向和干扰力方向均为x轴时探头11的受力。
(ⅰ) 探头11安装完毕后，且设备处于零力拖动状态下时：
此时探头11受到皮肤的反作用力Fn、摩擦阻力Ff和人手扫查力Fh1的作用。理想的零力拖动很难实现，一般情况下，操作组件10会阻碍探头11的运动，存在阻力Fr。因为操作组件10对探头11进行了重力补偿，所以探头11重力G被平衡掉，因此，这里没有标出探头11重力和相应的平衡力。
此时，在探头11重心所在坐标系的x轴和z轴方向列出力平衡方程如下：
上述情况下，六维力传感器13测量的力与阻力Fr数值相等，也即/>。
(ⅰⅰ) 在(ⅰ)步骤的基础上，施加干扰力Fd：
如图5所示，新增加了六维力传感器13给探头11的力Fs和操作人员手臂给探头11的力Farm，Farm同时构成探头11所受的人手抵抗干扰的力。且Fs>Farm，探头11和人手沿x轴方向产生加速运动，在x轴方向列出力平衡方程如下：
此时，六维力传感器13测量的力是Fs与Fr的合力，即/>。
通过将扰动期间测得的力与扰动前的力/>的差值来计算Farm，如下：
则F´arm通过下式计算得到：
在正运动学分析中得知探头11的位置和姿态，因此，因干扰产生的位置变化p通过下式得出：
其中：
pUS为探头11在扰动期间的位置；
pUS（t1）为探头11在扰动前的位置。
当然，人手和探头11固连到一起，p也可以表示人手受到干扰后的位置变化。将p差分，并进行零相位数字滤波得到，将/>差分，进行零相位数字滤波可得到/>。
(3) 阻抗参数计算：
手臂阻抗可以建模为三个笛卡尔方向上彼此解耦的质量、阻尼器、弹簧系统，其系统方程如下：
在上式中，M、D、K分别为手臂阻抗中的质量、阻尼和刚度。
理论情况下，我们希望仅考虑扰动后的前100ms，因为人类对于干扰存在3个时期：(1)短潜伏期(发生在干扰后最初的25–45ms)；(2)长潜伏期(发生在干扰后最初的45–100ms)；(3)自主反应期(超过100ms时，产生自主运动抵抗干扰)。为排除阻抗测量时掺杂进操作人员的自主抵抗运动，所以扰动的持续时间设置为100ms。但是100ms的运动变化非常有限。因此，本发明选用250ms的时间窗口计算阻抗，t3为阻抗计算的截止时间，t3–t1=250ms。因为使用250ms的时间窗口计算得到有物理意义的阻抗值的成功率最高(250毫秒的成功率为90.3%，200毫秒的成功率为88%，100毫秒的成功率为19%)。当使用大于250ms的计算窗口时，测量显示阻抗值发生变化，并且大部分变为负值，表明自主抵抗运动占主导地位。把[t1, t3]期间的力、位移、速度和加速度值带入方程，得到干扰时刻的手臂阻抗参数。
此时，将上式可整理成下式形式：
手臂阻抗参数通过下式计算得到：
其中M、D和K均为手臂阻抗中参数，即质量M、阻尼D和刚度K。
当然，对于本领域技术人员而言，本发明不限于上述示范性实施例的细节，而还包括在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现的相同或类似结构。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (9)
1.基于力扰动的手臂阻抗计算方法，其特征在于包括以下步骤：
S1.将探头（11）所在的操作组件（10）安装于Omega7力反馈平台（20）的手柄（21）上，并确保该操作组件（10）的重心与Omega7力反馈平台（20）的手柄（21）重心重合；
S2.依靠拉压力传感器（12）获得探头（11）与皮肤的接触力，利用六维力传感器（13）获得该六维力传感器（13）所在坐标系的三个坐标轴方向的作用分力；
S3.操作探头（11）进行扫查，在扫查时施加干扰力，通过正运动学分析后，求解获得因干扰产生的位置变化p，将p差分并进行零相位数字滤波得到速度，将/>差分并进行零相位数字滤波得到加速度/>；
S4.获得探头（11）所受的人手抵抗干扰的力F arm ，进而求出探头（11）施加在人手上的力F´ arm ；
S5.使用最小二乘法计算获得手臂阻抗中参数，包括质量M、阻尼D和刚度K，如下式：
其中：
n为操作次数；
所述S1步骤中，操作组件（10）的重心与Omega7力反馈平台（20）的手柄（21）重心重合后，可达成零力拖动功能；该零力拖动功能具体通过重力补偿和力矩补偿来实现：
S11.重力补偿：
Omega7力反馈平台（20）自身具备重力平衡状态，当安装操作组件（10）后，需通过Omega7力反馈平台（20）施加额外的驱动力来平衡添加了操作组件（10）后的整体重力，即重力补偿，具体如下：
以世界坐标系为O0-X0Y0Z0，O0-X0Y0Z0中的重力方向向量g0为：
Omega7力反馈平台（20）的基坐标系O1-X1Y1Z1中的重力方向向量g1为：
其中：/>为O1-X1Y1Z1到O0-X0Y0Z0的姿态变换矩阵的转置；
Omega7力反馈平台（20）附加的电机驱动力为：
其中：f x 、f y 和 f z 为Omega7力反馈平台（20）附加的电机驱动力的分量，m 1 为探头（11）、拉压力传感器（12）与六维力传感器（13）的质量，m 2 为配重盒（15）和配重块的重量，m 3 为将操作组件（10）连接于Omega7力反馈平台（20）上的连接件（14）的质量，g为重力加速度；
S12.力矩补偿：
以操作组件（10）的重心为O2建立操作坐标系O2-X2Y2Z2，且手柄（21）的重心O6至操作组件（10）的重心O2之间水平距离等于操作组件（10）的重心O2至探头（11）的重心O5之间水平距离；此时，选取过连接件（14）的重心的水平面为零势能面，列出以下重力势能公式：
其中：
连接件（14）重心与操作组件（10）的重心在O2-X2Y2Z2的Z2轴上共线，h 1 为探头（11）的重心与操作组件（10）的重心的铅垂距离；h 2 为连接件（14）重心与操作组件（10）的重心的铅垂距离。
2.根据权利要求1所述的基于力扰动的手臂阻抗计算方法，其特征在于：所述步骤S3中，因干扰产生的位置变化p通过下式得出：
其中：
pUS为探头（11）在扰动期间的位置；
pUS（t1）为探头（11）在扰动前的位置。
3.根据权利要求2所述的基于力扰动的手臂阻抗计算方法，其特征在于：所述步骤S4中，Farm通过将扰动期间测得的力与扰动前的力/>的差值来计算，如下式：
其中：m US 为探头（11）的质量；
此时，是六维力传感器（13）给探头（11）的力Fs与阻力Fr的合力，如下式：
则F´arm通过下式计算得到：
其中：F´ arm 为探头（11）施加在人手上的力。
4.根据权利要求3所述的基于力扰动的手臂阻抗计算方法，其特征在于：超声扫查时，施加的干扰力Fd在t1时刻开始，在t2时刻结束，且t2–t1 = 100ms。
5.根据权利要求1所述的基于力扰动的手臂阻抗计算方法，其特征在于：所述步骤S3中，正运动学分析具体包括以下子步骤：
S31.以世界坐标系为O0-X0Y0Z0，其中Z0轴方向垂直向上，与重力方向相反，而在Omega7力反馈平台（20）的基坐标系O1-X1Y1Z1中，Z1轴绕Z0轴的旋转角度是任意的；因此，首先将O0-X0Y0Z0绕X0轴旋转α 10 ，再绕O1-X1Y1Z1的Y1轴旋转β 10 ，得到O1-X1Y1Z1到O0-X0Y0Z0的旋转矩阵和坐标变换矩阵/>如下：
其中：RX(α 10 )为绕O1-X1Y1Z1的X1轴的姿态旋转矩阵；RY(β 10 )为绕O1-X1Y1Z1的Y1轴的姿态旋转矩阵；
S32.O1-X1Y1Z1先绕X1轴旋转α 21 ，再绕O2-X2Y2Z2的Y2轴旋转β 21 ，最后绕Z2轴旋转γ21，得到O2-X2Y2Z2到O1-X1Y1Z1的旋转矩阵和坐标变换矩阵/>为：
其中：RX(α 21 )为绕O2-X2Y2Z2的X2轴的姿态旋转矩阵；RY(β 21 )为绕O2-X2Y2Z2的Y2轴的姿态旋转矩阵；RZ(γ21)为绕O2-X2Y2Z2的Z2轴的姿态旋转矩阵；
p x ，p y 和p z 为O1在O2-X2Y2Z2内的位置，由Omega7力反馈平台（20）的API函数得到；
S33.将O2-X2Y2Z2先绕X2轴旋转α 23 ，再绕Z3轴旋转γ23，则O2-X2Y2Z2的各轴方向与六维力传感器（13）所在坐标系O3-X3Y3Z3的各轴相同，得到O3-X3Y3Z3到O2-X2Y2Z2的旋转矩阵：
其中：RX(α 23 )为绕O3-X3Y3Z3的X3轴的姿态旋转矩阵；RZ(γ23)为绕O3-X3Y3Z3的Z3轴的姿态旋转矩阵；
S34.将O2-X2Y2Z2绕X2轴旋转α 24 ，得到探头（11）坐标系O4-X4Y4Z4；在O4-X4Y4Z4的Z4轴方向上的手柄（21）重心O2至探头（11）重心O4之间距离为l O2O4 ，则O4-X4Y4Z4到O2-X2Y2Z2的旋转矩阵和坐标转换矩阵/>：
其中：RX(α 24 )为绕O4-X4Y4Z4的X4轴的姿态旋转矩阵；
S35.得出O4-X4Y4Z4到O0-X0Y0Z0的坐标变换矩阵如下：
其中：/>为O4-X4Y4Z4到O0-X0Y0Z0的旋转矩阵，表示探头（11）的姿态；pUS_x、pUS_y和pUS_z共同构成探头（11）在世界坐标系O0-X0Y0Z0中的位置。
6.根据权利要求5所述的基于力扰动的手臂阻抗计算方法，其特征在于：所述S2步骤中，利用六维力传感器（13）获得该六维力传感器（13）所在坐标系的三个坐标轴方向的作用分力包括以下子步骤：
将六维力传感器（13）的三个力分量的零点值记为Fx0、Fy0和Fz0，三个力矩分量的零点值记为Mx0、My0和Mz0，探头（11）重力为G，探头（11）重心在六维力传感器（13）所在坐标系O3-X3Y3Z3中的坐标为{x, y, z}，探头在X3轴、Y3轴和Z3轴方向的作用分力分别为Gx、Gy和Gz, 探头（11）对X3轴、Y3轴和Z3轴的作用力矩分别为 Mgx、Mgy和Mgz, 得下式：
在Omega7力反馈平台（20）的可达空间里，取N个不同姿态，得到N组六维力传感器（13）的数据，得到六维力传感器（13）零点、探头（11）重量及安装倾角数据；
将六维力传感器（13）测得的数据消除六维力传感器（13）零点和探头（11）分力以及安装倾角的影响，得到外力在六维力传感器（13）所在坐标系的三个坐标轴上的分量Fex、Fey和Fez为：
其中：
Fx、Fy和Fz为六维力传感器（13）在X3轴、Y3轴和Z3轴方向的三个力分量数据，如下：
g3为重力在六维力传感器（13）所在坐标系O3-X3Y3Z3中的方向向量，其值为：
其中：/>为O1-X1Y1Z1到O0-X0Y0Z0的姿态变换矩阵的转置；/>为O2-X2Y2Z2到O1-X1Y1Z1的姿态变化矩阵的转置；/>为O3-X3Y3Z3到O2-X2Y2Z2的姿态变化矩阵的转置；
而外部力矩在六维力传感器（13）所在坐标系的三个坐标轴上的分量Mex、Mey和Mez为：
其中：Mx，My和Mz为直接从六维力传感器（13）中读到的绕x轴，y轴和z轴的力矩值；
通过下式将所述外力与外部力矩转化到世界坐标系中：
其中：
为六维力传感器在扰动期间测得的力；
为O3-X3Y3Z3到O0-X0Y0Z0的力转换矩阵；
为在O0-X0Y0Z0中测得的外力；
为O3在O0-X0Y0Z0中的位置；
为O3-X3Y3Z3到O0-X0Y0Z0的旋转矩阵，/>。
7.超声扫查技能采集系统，该超声扫查技能采集系统应用如权利要求1所述的基于力扰动的手臂阻抗计算方法，其特征在于：探头（11）包括探头本体（11a）以及固定于探头本体（11a）的顶端的夹紧套（11b），夹紧套（11b）外套设外壳体（11c），以使得探头本体（11a）通过夹紧套（11b）处拉压力传感器（12）衔接固定于外壳体（11c）处；连接件（14）同轴固定于手柄（21）处，连接件（14）前端通过六维力传感器（13）连接带有探头本体（11a）的外壳体（11c），连接件（14）后端固定有用于内置配重块的配重盒（15）。
8.根据权利要求7所述的超声扫查技能采集系统，其特征在于：所述夹紧套（11b）上还设置有铅垂滑轨（11d），外壳体（11c）内壁处布置铅垂滑块（11e），铅垂滑轨（11d）与铅垂滑块（11e）间形成铅垂导向配合关系。
9.根据权利要求7所述的超声扫查技能采集系统，其特征在于：所述Omega7力反馈平台（20）通过底座（22）固定于铅垂升降柱（30）的活塞杆端，铅垂升降柱（30）的缸体固定于移动小车（40）上。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104723340A (zh) * | 2015-03-07 | 2015-06-24 | 哈尔滨工业大学 | 基于连接和阻尼配置的柔性关节机械臂的阻抗控制方法 |
| CN107080547A (zh) * | 2017-06-01 | 2017-08-22 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种人体上肢运动特性与机械阻抗的测量系统及方法 |
| CN109968361A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-07-05 | 北京理工大学 | 一种基于实时力反馈的变阻抗遥操作控制装置及方法 |
| CN110238852A (zh) * | 2019-06-17 | 2019-09-17 | 湖南大学 | 一种机器人臂手遥操作控制方法及系统 |
| CN114728416A (zh) * | 2019-11-21 | 2022-07-08 | 富兰卡爱米卡股份有限公司 | 机器人机械手的阻抗调节的校准 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10335946B2 (en) * | 2017-02-17 | 2019-07-02 | Massachusetts Institute Of Technology | Compositional impedance programming for robots |
| CN113524235B (zh) * | 2021-07-15 | 2022-03-11 | 华中科技大学 | 一种面向动态交互的对象肢体时变刚度辨识方法及装置 |
-
2023
- 2023-12-14 CN CN202311714320.9A patent/CN117398085B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104723340A (zh) * | 2015-03-07 | 2015-06-24 | 哈尔滨工业大学 | 基于连接和阻尼配置的柔性关节机械臂的阻抗控制方法 |
| CN107080547A (zh) * | 2017-06-01 | 2017-08-22 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种人体上肢运动特性与机械阻抗的测量系统及方法 |
| CN109968361A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-07-05 | 北京理工大学 | 一种基于实时力反馈的变阻抗遥操作控制装置及方法 |
| CN110238852A (zh) * | 2019-06-17 | 2019-09-17 | 湖南大学 | 一种机器人臂手遥操作控制方法及系统 |
| CN114728416A (zh) * | 2019-11-21 | 2022-07-08 | 富兰卡爱米卡股份有限公司 | 机器人机械手的阻抗调节的校准 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| End-Point Impedance Measurements Across Dominant and Nondominant Hands and Robotic Assistance with Directional Damping;Mustafa Suphi Erden等;IEEE Transactions on Cybernetics;20150630;第第45卷卷(第第6期期);第1146 - 1157页 * |
| HIT机器人灵巧手手指及其阻抗控制的研究;刘义军;刘伊威;;机械制造;20080720(第07期);第5-8页 * |
| 机器人柔性抓取试验平台的设计与抓持力跟踪阻抗控制;王学林;肖永飞;毕淑慧;范新建;饶洪辉;;农业工程学报;20150108(第01期);第58*63页 * |
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