CN215264495U - 路径规划辅助调整设备 - Google Patents

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张嘉伟
赵泉洲
陈亮
韩曼曼
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Abstract

本实用新型涉及一种路径规划辅助调整设备，具有智能追踪模块、目标定位模块、目标追踪器和可调节固定支架；所述可调节固定支架由运动规划模块和智能控制模块组成；通过追踪设备定位目标安置槽的初始位置，通过配准将使用前目标面同步到使用中场景，通过运动规划模块得到控制参数，将目标安置槽自动移动到所期望的位置，实现一种快速精准的路径规划辅助调整。

Description

路径规划辅助调整设备
技术领域
本实用新型涉及定位导航技术领域，特别涉及一种路径规划辅助调整设备。
背景技术
随着传感技术、控制技术、机械加工和新材料的发展，特别是近年来计算机、网络和图像处理技术发展的突飞猛进，移动机器人的智能导航研究已经取得很大进展。
在传统制孔打孔过程中，仍然以人工钻孔为主，人工钻孔工作环境恶劣，工作效率低下，且打孔位置不精准，造成后期装配不便，且人工钻孔用时久，不易操作，此外通过机器人钻孔时，也会由于打孔面的不平整，导致打孔偏差。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种快速精准、用时短，易操作的路径规划辅助调整设备。
实现本实用新型目的的技术方案是：一种路径规划辅助调整设备，具有智能控制模块、目标定位模块、追踪器安装支架和追踪器；所述智能控制模块上固定安装有追踪器安装支架；所述追踪器安装支架的上方至少具有一个追踪器安装座；所述追踪器安装于追踪器安装座的前方或后方的追踪器安装点；所述目标定位模块通过运动机构与智能控制模块相连。
上述技术方案所述运动机构包括下杆、伸缩杆和旋转头；所述下杆与转动齿轮啮合；所述伸缩杆与下杆插接；所述旋转头安装于伸缩杆的上端，旋转头的上端具有第一伞齿轮；所述第一伞齿轮与固定于转动杆上的第二伞齿轮啮合传动；所述转动杆的两端通过固定套与摆动模块相连；所述转动齿轮与转动电机相连。
上述技术方案所述摆动模块包括固定头和摆动头；所述固定头通过固定套与转动杆相连；所述摆动头通过摆动缸与固定头相连。
一种使用上述路径规划辅助调整设备的控制方法，包括以下步骤：
S1、首先使用前针对DCOM影像生成目标区域的三维模型，然后在三维模型上完成目标面的规划，并选取三个以上的点作为目标注册的特征点，通过导针在目标区域选择对应的使用前规划的特征点，完成使用前模型到使用中真实目标的注册
Figure DEST_PATH_GDA0003107879870000021
S2、将可调节固定支架固定到需要规划的目标位置处，将目标定位模块固定到可调节固定支架的目标固定块上；
S3、把目标追踪器安装到可调节固定支架的任一追踪器安装座上；
S4、智能追踪模块自动追踪到目标追踪器，得到目标安置槽的当前位置，发送给运动规划模块；
S5、运动规划模块读取目标位置，并接收智能追踪模块发送的当前位置，之后规划出当前位置到目标位置的运动路径，并生成运动控制参数发送给智能控制模块；
S6、智能控制模块接收到运动控制参数后，控制可调节固定支架动作以调整目标安置槽到目标位置。
上述技术方案中，步骤S4具体为：智能追踪器上端的摄像头通过图像处理判别追踪器安装座的颜色和分布矩阵位置
Figure DEST_PATH_GDA0003107879870000022
获得目标追踪器P 的安装位置，从而确定采用的从目标追踪器到目标定位模块的目标平面的转换矩阵
Figure DEST_PATH_GDA0003107879870000023
最终计算得到目标安置槽的初始位置信息
Figure DEST_PATH_GDA0003107879870000024
其中，
Figure DEST_PATH_GDA0003107879870000025
上述技术方案中，步骤S1中，采用固定于目标上的追踪器作为原点，使用前规划的目标面以中心点与三个轴向量表示，即{centerPos，xVec，yVec，zVec}pre，通过注册矩阵可以得到使用中的目标面为
Figure DEST_PATH_GDA0003107879870000031
Figure DEST_PATH_GDA0003107879870000032
上述技术方案中，目标安置槽在固定于目标上的追踪器为原点的情况下的初始位置
Figure DEST_PATH_GDA0003107879870000033
其中
Figure DEST_PATH_GDA0003107879870000034
为目标追踪器在追踪器下的实时位置，
Figure DEST_PATH_GDA0003107879870000035
表示
Figure DEST_PATH_GDA0003107879870000036
的逆矩阵。
上述技术方案中，步骤S6具体为：已知目标平面的信息位置，调整目标安置槽所在平面的法向量Xoste-i与使用时目标平面的法向量Xintra-t平行，且使得目标安置槽所在面的中心点在使用时的目标平面上，通过规划算法得到各个控制舵机的运动规划并由智能控制模块执行，通过上下、内外翻、前后倾和左右旋的方式使目标安置槽运动到期望的位置与姿态。
上述技术方案中，规划算法具体为：
(1)计算目标安置槽所在平面的法向量Xoste-i到使用时目标平面的法向量Xintra-t的转换矩阵
Figure DEST_PATH_GDA0003107879870000037
(2)根据转换矩阵，得到3DOF控制舵机组的旋转参数；
(3)计算平行后的目标安置槽平面中心点位置centeroste-r；
(4)继续沿着Xoste-i从centeroste-r出发，得到在使用时目标平面上的投影距离，该距离即为上下移动杆的距离。
采用上述技术方案后，本实用新型具有以下积极的效果：
(1)本实用新型通过追踪设备定位目标安置槽的初始位置，通过配准将使用前目标面同步到使用中场景，通过运动规划模块得到控制参数，将目标安置槽自动移动到所期望的位置，实现快速精准地路径规划辅助。
附图说明
为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中
图1为本实用新型的实施例1的设备结构图；
图2为本实用新型的实施例1的运动机构的示意图；
图3为本实用新型在医疗手术中的应用场景示意图；
图4为本实用新型的实施例1的应用流程图；
图5为本实用新型的目标安置槽的初始位置信息计算转换图；
图6为本实用新型的使用前规划和使用后注册的示意图；
图7为本实用新型的目标安置槽在固定于目标上的追踪器为原点情况下的示意图；
图8为本实用新型的规划示意图。
具体实施方式
(实施例1)
见图1和图2，本实用新型具有智能控制模块1、目标定位模块2、追踪器安装支架3和追踪器4；智能控制模块1上固定安装有追踪器安装支架 3；追踪器安装支架3的上方至少具有一个追踪器安装座5；追踪器4安装于追踪器安装座5的前方或后方的追踪器安装点16；目标定位模块2通过运动机构6与智能控制模块1相连。
运动机构6包括下杆7、伸缩杆8和旋转头9；下杆7与转动齿轮14 啮合；伸缩杆8与下杆7插接；旋转头9安装于伸缩杆8的上端，旋转头9 的上端具有第一伞齿轮10；第一伞齿轮10与固定于转动杆11上的第二伞齿轮12啮合传动；转动杆11的两端通过固定套13与摆动模块15相连；转动齿轮14与转动电机相连。
目标定位模块2与运动机构6通过可锁定导轨17相连。
(实施例2)
本实施例与实施例1基本相同，其区别在于：摆动模块15包括固定头和摆动头；固定头通过固定套13与转动杆11相连；摆动头通过摆动缸与固定头相连。
见图3，本实施例1或2可以应用于医疗截骨手术中，其流程参考图 4。
本实施例1或2的控制方法，包括以下步骤：
S1、首先使用前针对DCOM影像生成目标区域的三维模型，然后在三维模型上完成目标面的规划，并选取三个以上的点作为目标注册的特征点，通过导针在目标区域选择对应的使用前规划的特征点，完成使用前模型到使用中真实目标的注册
Figure DEST_PATH_GDA0003107879870000051
S2、将可调节固定支架固定到需要规划的目标位置处，将目标定位模块 6固定到可调节固定支架的目标固定块5上；
S3、把目标追踪器1安装到可调节固定支架的任一追踪器安装座2上；
S4、智能追踪模块自动追踪到目标追踪器1，得到目标安置槽的当前位置，发送给运动规划模块；
S5、运动规划模块读取目标位置，并接收智能追踪模块发送的当前位置，之后规划出当前位置到目标位置的运动路径，并生成运动控制参数发送给智能控制模块；
S6、智能控制模块接收到运动控制参数后，控制可调节固定支架动作以调整目标安置槽到目标位置。
步骤S4具体为：智能追踪器上端的摄像头通过图像处理判别追踪器安装座2的颜色和分布矩阵位置
Figure DEST_PATH_GDA0003107879870000052
获得目标追踪器1P的安装位置，从而确定采用的从目标追踪器1到目标定位模块6的目标平面的转换矩阵
Figure DEST_PATH_GDA0003107879870000053
最终计算得到目标安置槽的初始位置信息
Figure DEST_PATH_GDA0003107879870000054
其中，
Figure DEST_PATH_GDA0003107879870000055
见图5。
其中追踪器P的可能安装位置有front left(fl),front middle (fm),frontright(fr),back left(bl),back middle(bm)和back right(br)。例如，当图像分析程序判别出当前安装点为橙色，那么安装侧为正面；并且空余安装孔在追踪器的两侧，那么可以得知安装位置为中间，所以当前P的安装位置为fm。
步骤S1中采用固定于目标上的追踪器作为原点，使用前规划的目标面以中心点与三个轴向量表示，即{centerPos，xVec，yVec，zVec}pre，通过注册矩阵可以得到使用中的目标面为
Figure DEST_PATH_GDA0003107879870000061
Figure DEST_PATH_GDA0003107879870000062
目标安置槽在固定于目标上的追踪器为原点的情况下的初始位置
Figure DEST_PATH_GDA0003107879870000063
见图7，其中
Figure DEST_PATH_GDA0003107879870000064
为目标追踪器在追踪器下的实时位置，
Figure DEST_PATH_GDA0003107879870000065
表示
Figure DEST_PATH_GDA0003107879870000066
的逆矩阵。
步骤S6具体为：已知目标平面的信息位置，对于目标就是把目标安置槽所在平面移动到使用时的目标平面，即调整目标安置槽所在平面的法向量Xoste-i(oste-i坐标系的ⅹ轴)与使用时目标平面的法向量Xintra-t(intra- t坐标系的x轴)平行，且使得目标安置槽所在面的中心点(oste-i坐标系的原点)在使用时的目标平面上，通过规划算法得到各个控制舵机的运动规划并由智能控制模块执行，通过上下、内外翻、前后倾和左右旋的方式使目标安置槽运动到期望的位置与姿态，见图8。
规划算法具体为：
(1)计算目标安置槽所在平面的法向量Xoste-i到使用时目标平面的法向量Xintra-t的转换矩阵
Figure DEST_PATH_GDA0003107879870000067
(2)根据转换矩阵，得到3DOF控制舵机组的旋转参数；
(3)计算平行后的目标安置槽平面中心点位置centeroste-r；
(4)继续沿着Xoste-i从centeroste-r出发，得到在使用时目标平面上的投影距离，该距离即为上下移动杆的距离。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种路径规划辅助调整设备，其特征在于：具有智能控制模块(1)、目标定位模块(2)、追踪器安装支架(3)和追踪器(4)；所述智能控制模块(1)上固定安装有追踪器安装支架(3)；所述追踪器安装支架(3)的上方至少具有一个追踪器安装座(5)；所述追踪器(4)安装于追踪器安装座(5)的前方或后方的追踪器安装点(16)；所述目标定位模块(2)通过运动机构(6)与智能控制模块(1)相连。
2.根据权利要求1所述的路径规划辅助调整设备，其特征在于：所述运动机构(6)包括下杆(7)、伸缩杆(8)和旋转头(9)；所述下杆(7)与转动齿轮(14)啮合；所述伸缩杆(8)与下杆(7)插接；所述旋转头(9)安装于伸缩杆(8)的上端，旋转头(9)的上端具有第一伞齿轮(10)；所述第一伞齿轮(10)与固定于转动杆(11)上的第二伞齿轮(12)啮合传动；所述转动杆(11)的两端通过固定套(13)与摆动模块(15)相连；所述转动齿轮(14)与转动电机相连。
3.根据权利要求2所述的路径规划辅助调整设备，其特征在于：所述摆动模块(15)包括固定头和摆动头；所述固定头通过固定套(13)与转动杆(11)相连；所述摆动头通过摆动缸与固定头相连。
4.根据权利要求1或2所述的路径规划辅助调整设备，其特征在于：所述目标定位模块(2)与运动机构(6)通过可锁定导轨(17)相连。
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