CN205300573U - 基于超声图像的角度确定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于超声图像的角度确定装置，所述第二超声发生模块发生超声波，所述第二超声接收模块接收该超声波，通过所述成像模块生成的图像确定位置，以所述成像模块确定位置的方向通过所述第二角度确定组件确定所述第二超声设备的角度；通过所述第一角度确定组件得到所述第一工作设备的角度，移动所述第一工作设备至所述第一工作设备的角度和所述第二超声设备确定的轴向角度一致时，所述第一工作设备以该方向工作。本实用新型的基于超声图像的角度确定方法及系统，由第二超声设备的超声成像技术形成图像，根据图像确定所述第一工作设备的方向。本实用新型的基于超声图像的角度确定方法及系统，能精确地确定第一工作设备的工作方向，简便易行。

Description

基于超声图像的角度确定装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于超声图像的角度确定装置，尤其涉及一种基于超声成像设备确定方向后确定另外工作设备方向的装置。

背景技术

随着技术的发展，设备精细化水平要求越来越高，越来越多的工作设备要求工作时需要特定方向和位置进行工作。随着超声技术的发展，超声成像技术的应用越来越广泛。现有的工作设备不能单独确定其工作的方向，通常需要辅助的设备帮助确定方向和位置，通常两个设备分开工作，在换成工作设备时，往往方向会发生变化，这样大大影响该设备的工作效果。如果在每个工作设备上安装成像设备，则大大提高了设备成本。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是：构建一种基于超声图像的角度确定装置，克服现有技术工作设备方位确定不精确，影响工作效果的技术问题。

本实用新型的技术方案是：提供一种基于超声图像的角度确定装置，包括第一工作设备、第二超声设备、第一角度确定组件、第二角度确定组件，所述第一角度确定组件安装在所述第一工作设备上、所述第二角度确定组件安装在所述第二超声设备上，所述第二超声设备包括第二超声发生模块、第二超声接收模块、成像模块。

本实用新型的进一步技术方案是：所述第一角度确定组件包括第一加速度传感器组、第二加速度传感器组、第三加速度传感器组，所述第一加速度传感器组、所述第二加速度传感器组、所述第三加速度传感器组方向各不相同地安装在所述第一工作设备的轴向；所述第二角度确定组件包括第四加速度传感器组、第五加速度传感器组、第六加速度传感器组，所述第四加速度传感器组、所述第五加速度传感器组、所述第六加速度传感器组方向各不相同地安装在所述第二超声设备的轴向,所述第一加速度传感器组、所述第二加速度传感器组、所述第三加速度传感器组、所述第四加速度传感器组、所述第五加速度传感器组、所述第六加速度传感器组各自分别包括至少三个轴向正交的加速度传感器。

本实用新型的进一步技术方案是：所述第一角度确定组件包括第七磁场传感器组和第七重力传感器组；所述第二角度确定组件包括第八磁场传感器组和第八重力传感器组,所述第七磁场传感器组和所述第八磁场传感器组各自分别包括三个轴向正交设置的磁场传感器，所述第七重力传感器组和所述第八重力传感器组各自分别包括三个轴向正交设置的重力传感器。

本实用新型的进一步技术方案是：所述第一角度确定组件为第一陀螺仪；所述第二角度确定组件为第二陀螺仪。

本实用新型的进一步技术方案是：所述第一角度确定组件和所述第二角度确定组件为多轴传感器，所述多轴传感器包括加速度传感器、地磁传感器。

本实用新型的进一步技术方案是：所述验证模块设置在所述第一工作设备上。

本实用新型的进一步技术方案是：所述第二超声设备设置无线通讯发生模块，所述第一工作设备设置无线通讯接收模块。

本实用新型的进一步技术方案是：所述第一工作设备为手术设备、超声设备、振动设备中任意一种或多种。

本实用新型的进一步技术方案是：所述第一角度确定组件还包括第七角加速度传感器组，所述第二角度确定组件还包括第八角加速度传感器组。所述第七角加速度传感器组和所述第八角加速度传感器组各自分别包括三个轴向正交的角加速度传感器。

本实用新型的技术效果是：构建一种基于超声图像的角度确定装置，包括第一工作设备、第二超声设备、第一角度确定组件、第二角度确定组件，所述第一角度确定组件安装在所述第一工作设备上、所述第二角度确定组件安装在所述第二超声设备上，所述第二超声设备包括第二超声发生模块、第二超声接收模块、成像模块。本实用新型的基于超声图像的角度确定方法及系统，由第二超声设备的超声成像技术形成图像，根据图像确定所述第一工作设备的方向。本实用新型的基于超声图像的角度确定方法及系统，能精确地确定第一工作设备的工作方向，简便易行。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型一种角度确定模块结构示意图。

图3为本实用新型另一种角度确定模块结构示意图。

图4为本实用新型具体实施方式结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本实用新型技术方案进一步说明。

如图1所示，本实用新型的具体实施方式是：构建一种基于超声图像的角度确定装置，包括第一工作设备1、第二超声设备2、第一角度确定组件34、第二角度确定组件54，所述第一角度确定组件34安装在所述第一工作设备1上、所述第二角度确定组件54安装在所述第二超声设备2上，所述第二超声设备2包括第二超声发生模块21、第二超声接收模块22、成像模块23，所述第二超声发生模块21发生超声波，所述第二超声接收模块22接收该超声波，通过所述成像模块23生成的图像指示方向，以所述成像模块23确定位置的方向通过所述第二角度确定组件34确定所述第二超声设备2的角度；通过所述第一角度确定组件34得到所述第一工作设备1的角度，移动所述第一工作设备1至所述第一工作设备1的角度和所述第二超声设备2确定的轴向角度一致时，所述第一工作设备1以该方向工作。

如图4所示，本实用新型的具体实施过程是：所述第二超声发生模块21向特定工作对象发生超声波，所述第二超声接收模块22接收该超声波，通过所述成像模块23生成的图像，然后在图像上指示特定工作对象上所述第一工作设备1的工作方向，所述第二角度确定模块5测定第二超声发生模块21指示的方向，所述第二角度确定模块5确定该指示方向的角度，记录所述第二角度确定模块5获取的所述第二超声发生模块21的角度，将所述第二角度确定模块5确定的方向作为所述第一工作设备1的工作方向。移动所述第一工作设备1，所述第一角度确定模块3获取移动所述第一工作设备1过程中所述第一工作设备1的角度，当所述第一角度确定模块3获取的所述第一工作设备1的角度和所述第二角度确定模块5获取的所述第二超声设备2确定的角度一致时，确定该方向为所述第一工作设备1的工作方向，即，所述第一工作设备1以该角度工作。

如图2所示，本实用新型的优选实施方式是：所述第一角度确定组件34包括第一加速度传感器31、第二加速度传感器32、第三加速度传感器33，所述第一加速度传感器31、所述第二加速度传感器32、所述第三加速度传感器33方向各不相同地安装在所述第一工作设备1的轴向；所述第二角度确定组件54包括第四加速度传感器51、第五加速度传感器52、第六加速度传感器53，所述第四加速度传感器51、所述第五加速度传感器52、所述第六加速度传感器53方向各不相同地安装在所述第二超声设备2的轴向。所述第一加速度传感器组31、所述第二加速度传感器组32、所述第三加速度传感器组33、所述第四加速度传感器组51、所述第五加速度传感器组52、所述第六加速度传感器组53各自分别包括至少三个轴向正交的加速度传感器，每个加速度传感器组分别输入三个值。具体实施例中，所述第一加速度传感器31、所述第二加速度传感器32、所述第三加速度传感器33呈轴向正交；所述第四加速度传感器51、所述第五加速度传感器52、所述第六加速度传感器53呈轴向正交。所述第一加速度传感器31和所述第二加速度传感器32沿所述第一工作设备1运动方向的径向方向放置，所述第一加速度传感器31、第三加速度传感器33沿所述第一工作设备1运动方向的切向方向放置。具体实施例中，所述第一角度确定模块3可以由三个以上的加速度传感器组成，还可以包括其它重力传感器、磁场传感器等设备。所述第二角度确定模块5可以由三个以上的加速度传感器组成，还可以包括其它重力传感器、磁场传感器等设备。

在静止状态下，所述第一加速度传感器31、所述第二加速度传感器32、所述第三加速度传感器33在空间三维坐标系的X、Y、Z三个方向读数：

A_xa=A_xb=A_xc

A_ya=A_yb=A_yc

A_za=A_zb=A_zc

在运动状态下，沿X轴方向，沿自转轴垂直方向的两个质点，受力差值为：

△f=m△a _径向 =mdω²

其中：m表示质点质量，△a _径向 表示两个质点在径向上的加速度的差值，d表示绕转轴转动的直径，ω表示角速度。

则绕X轴的角速度为：

由此，计算出绕X轴的角速度，通过对角速度积分得到绕X轴的角度，据此，计算出分别绕X轴、Y轴、Z轴的角度，由此，根据相对三维坐标轴的三个轴的角度，即，所述第二超声设备2的轴向相对三维坐标轴的三个轴的角度，确定所述第二超声设备2的轴向的方向，其数据表示即为所述第二超声设备2的轴向相对三维坐标轴的三个轴的角度，或者表示为绕三个轴的角速度。

如图3所示，本实用新型的优选实施方式是：所述第一角度确定模块3包括第一角度确定组件34，所述第一角度确定组件34包括第七加速度传感器35和第七重力传感器38；所述第二角度确定模块5包括第二角度确定组件54，所述第二角度确定组件54包括第八加速度传感器55和第八重力传感器58。所述第七磁场传感器组35和所述第八磁场传感器组55分别各自包括三个轴向正交设置的磁场传感器，每个磁场传感器输出一个值，所述第七磁场传感器组35和所述第八磁场传感器组55分别输出三个值。所述第七重力传感器组38和所述第八重力传感器组58分别各自包括三个轴向正交设置的重力传感器，每个重力传感器输出一个值，所述第七重力传感器组38和所述第八重力传感器组58分别输出三个值。

如图3所示，本实用新型的具体实施过程是：以下以第二角度确定模块5为例说明：系统建立一个空间坐标系O-XYZ，该空间坐标系的Z轴垂直于水平面，在该坐标系中，以该空间一个确定位置的第八加速度传感器55数据为其初始数据C₀(X₀、Y₀、Z₀)，第八重力传感器58的初始数据G₀（0、0、-1）。当设备运动时，所述第八加速度传感器55输出为G₁（r、s、t），第八重力传感器58输出的数据为C₁(X₁、Y₁、Z₁)，对采集的所述第八加速度传感器55和所述第八重力传感器58的实时数据C₁、G₁和其初始数据C₀、G₀进行归一化处理，即，根据所述第八加速度传感器55和所述第八重力传感器58的数据及其初始数据建立旋转矩阵，通过变换矩阵获取所述超声设备在空间的矢量角度。由于所述第八重力传感器58安装在第二超声设备2上，所述第八重力传感器58绕三个坐标轴旋转的角度即为超声设备在空间中与三个轴的角度，若所述第八重力传感器58绕X轴旋转的角度为α，绕Y轴旋转的角度为β，绕Z轴旋转的角度为γ，则所述第八重力传感器58与三个轴的角度为（α、β、γ）。

旋转矩阵表示的是任意矢量绕坐标系O-XYZ轴线旋转时的坐标变换，矢量绕坐标系O-XYZ三个轴线旋转的变换矩阵为：

由此，对C₀、C₁、G₀、G₁建立联立方程：

G₀=G₁×X（α）Y（β）Z（γ）（1）

C₀=C₁×X（α）Y（β）Z（γ）（2）

通过矩阵变换和公式（1）（2），得到：

（3）

（4）

由于矢量角度（α、β、γ）和第八磁场传感器组58的空间角度并非一一对应，例如角度矢量（30⁰，60⁰，100⁰）和（-150⁰，120⁰，-80⁰）表示一个空间角度，为了消除这种重复的表示，限制各个角度的取值范围：-180⁰≤α<180⁰，-90⁰≤β<90⁰，-180⁰≤γ<180⁰。

通过（3）、（4）求出α、β、γ，即所述第八重力传感器58与三个轴的角度矢量为（α、β、γ）,也即是超声设备与三个轴的角度矢量为（α、β、γ），由此，通过超声设备与三个轴的角度，确定了该第二超声设备2的超声方向。

如图4所示，本实用新型的优选实施方式是：所述第二超声设备2设置无线通讯发生模块25，所述第一工作设备1设置无线通讯接收模块11。所述第一工作设备1和所述第二超声设备2通过无线通信进行连接。所述第一工作设备1和所述第二超声设备2分别设置无线通讯模块，所述第二通讯设备2通过无线通讯发生模块25将确定的方向信息传送到所述第一工作设备1，所述第一工作设备1根据无线通讯接收模块11接收的方向信息进行移动，当所述第一工作设备1的方向信息与所述第二超声设备2确定的方向信息一致时，确定该方向为其工作方向。通过无线通信方式的配合，方便了设备的使用。

本实用新型的优选实施方式是：所述第一角度确定模块31包括第一角度确定组件34，所述第一角度确定组件34为第一陀螺仪；所述第二角度确定模块5包括第二角度确定组件54，所述第二角度确定组件54为第二陀螺仪。由于陀螺仪中包括多组加速度传感器，可以其安装载体的空间角度，计算过程和原理与前述相同。

本实用新型的优选实施方式是：所述第一角度确定模块3还包括第七角加速度传感器组，所述第二角度确定模块5还包括第八角加速度传感器组。所述第七角加速度传感器组和所述第八角加速度传感器组各自分别包括三个轴向正交的角加速度传感器。通过角加速度传感器组的使用，即时确定其角加速度，通过角加速度快速确定其角度，使在移动过程中，能快速、平滑地获得设备角度。

本实用新型的优选实施方式是：所述第一工作设备1为手术设备、超声设备、振动设备中任意一种或多种。

本实用新型的技术效果是：构建一种基于超声图像的角度确定方法及系统，所述第二超声发生模块21发生超声波，所述第二超声接收模块22接收该超声波，通过所述成像模块23生成的图像确定位置，以所述成像模块23确定位置的方向通过所述第二角度确定组件34确定所述第二超声设备2的角度；通过所述第一角度确定组件34得到所述第一工作设备1的角度，移动所述第一工作设备1至所述第一工作设备1的角度和所述第二超声设备2确定的轴向角度一致时，所述第一工作设备1以该方向工作。本实用新型的基于超声图像的角度确定方法及系统，由第二超声设备2的超声成像技术形成图像，根据图像确定所述第一工作设备1的方向。本实用新型的基于超声图像的角度确定方法及系统，能精确地确定第一工作设备1的工作方向，简便易行。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于超声图像的角度确定装置，其特征在于，包括第一工作设备、第二超声设备、第一角度确定组件、第二角度确定组件，所述第一角度确定组件安装在所述第一工作设备上、所述第二角度确定组件安装在所述第二超声设备上，所述第二超声设备包括第二超声发生模块、第二超声接收模块、成像模块，所述第二超声发生模块发生超声波，所述第二超声发生模块发生超声波，所述第二超声接收模块接收该超声波，通过所述成像模块生成的图像指示方向，以所述成像模块确定位置的方向通过所述第二角度确定组件确定所述第二超声设备的角度；通过所述第一角度确定组件得到所述第一工作设备的角度，移动所述第一工作设备至所述第一工作设备的角度和所述第二超声设备确定的轴向角度一致时，所述第一工作设备以该方向工作。

2.根据权利要求1所述基于超声图像的角度确定装置，其特征在于，所述第一角度确定组件包括第一加速度传感器组、第二加速度传感器组、第三加速度传感器组，所述第一加速度传感器组、所述第二加速度传感器组、所述第三加速度传感器组方向各不相同地安装在所述第一工作设备的轴向；所述第二角度确定组件包括第四加速度传感器组、第五加速度传感器组、第六加速度传感器组，所述第四加速度传感器组、所述第五加速度传感器组、所述第六加速度传感器组方向各不相同地安装在所述第二超声设备的轴向,所述第一加速度传感器组、所述第二加速度传感器组、所述第三加速度传感器组、所述第四加速度传感器组、所述第五加速度传感器组、所述第六加速度传感器组各自分别包括至少三个轴向正交的加速度传感器。

3.根据权利要求1所述基于超声图像的角度确定装置，其特征在于，所述第一角度确定组件包括第七磁场传感器组和第七重力传感器组；所述第二角度确定组件包括第八磁场传感器组和第八重力传感器组,所述第七磁场传感器组和所述第八磁场传感器组各自分别包括三个轴向正交设置的磁场传感器，所述第七重力传感器组和所述第八重力传感器组各自分别包括三个轴向正交设置的重力传感器。

4.根据权利要求1所述基于超声图像的角度确定装置，其特征在于，所述第一角度确定组件为第一陀螺仪；所述第二角度确定组件为第二陀螺仪。

5.根据权利要求1所述基于超声图像的角度确定装置，其特征在于，所述第一角度确定组件和所述第二角度确定组件为多轴传感器，所述多轴传感器包括加速度传感器、地磁传感器。

6.根据权利要求1所述基于超声图像的角度确定装置，其特征在于，所述验证模块设置在所述第一工作设备上。

7.根据权利要求6所述基于超声图像的角度确定装置，其特征在于，所述第二超声设备设置无线通讯发生模块，所述第一工作设备设置无线通讯接收模块。

8.根据权利要求1所述基于超声图像的角度确定装置，其特征在于，所述第一工作设备为手术设备、超声设备、振动设备中任意一种或多种。

9.根据权利要求2或3所述基于超声图像的角度确定装置，其特征在于，所述第一角度确定组件还包括第七角加速度传感器组，所述第二角度确定组件还包括第八角加速度传感器组,所述第七角加速度传感器组和所述第八角加速度传感器组各自分别包括三个轴向正交的角加速度传感器。