[发明专利]一种基于虚拟现实的远程诊疗机器人力触觉再现方法

说明书

本发明公开了一种基于虚拟现实的远程诊疗机器人力触觉再现方法，通过PC机和力触觉交互设备作为主机操作端，在医生端供医生操作，触诊机器人作为从机操作端，在病人端实施触诊，然后进行人体组织几何模型，并将将碰撞检测与形变计算的模型分离，采用改进的质点‑弹簧/阻尼器模型进行形变计算，提高了力触觉再现的真实性和实时性。

技术领域

本发明属于医疗机器人技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于虚拟现实的远程诊疗机器人力触觉再现方法。

背景技术

医疗机器人是目前国内外机器人研究领域中最活跃、投资最多的方向之一，从1988年开始，加拿大、英国、美国、德国、意大利、比利时、日本、荷兰、瑞士、中国等国家纷纷展开对脑外科手术机器人、内窥镜手术机器人、脑神经显微外科机器人，以及巡诊机器人、康复机器人、医疗服务机器人等医疗机器人的研究。

然而，现有的医疗机器人尤其是远程诊疗机器人在触觉临场感的生成及再现方面，存在着触觉临场感系统的构建和实现过程复杂、实时性和交互性不理想、反馈力的计算量较大等不足，难以满足当前的实际需要。其次，触觉信息的丢失使医生难以全面了解病人的情况，容易造成误操作。

因此，要想真实地模拟医生对患者实施诊疗的过程，医疗机器人必须能够实时在医生端操作平台重现患者的反馈力和触觉感知信息，使医生获得更加准确而清晰的触觉感受。力触觉再现技术是解决医疗机器人触觉临场感不足、提高医疗机器人实用性的有效方法。力触觉再现的实现对远程医疗机器人的发展和医疗水平的提高有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于虚拟现实的远程诊疗机器人力触觉再现方法，基于虚拟现实的远程诊疗机器人实现人体组织建模，从而实现力触觉的再现。

为实现上述发明目的，本发明一种基于虚拟现实的远程诊疗机器人力触觉再现方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、搭建远程诊疗机器人系统

远程诊疗机器人系统主要包括PC机、力触觉交互设备和诊疗机器人；其中，PC机与力触觉交互设备通过电缆连接作为主机操作端，供医生操作控制，诊疗机器人作为从机操作端，供触诊病人；主机操作端与从机操作端通过无线网络互联通信，当接收到主机操作端的操作指令后，通过诊疗机器人的末端执行器来执行操作；

(2)、建立人体组织几何模型

根据患者病灶部位，利用现有的人体体素数据在用PC机上搭建一个虚拟环境中的人体组织几何模型；

(3)、诊疗机器人结合人体组织几何模型进行触诊

(3.1)、医生通过主机操作端向诊疗机器人发送触诊指令，触诊机器人收到触诊指令后，通过诊疗机器人的末端执行器来执行操作，并通过末端执行器上佩戴的穿戴式力触觉交互设备反馈被触诊处的力反馈信号至主机操作端；

(3.2)、碰撞检测：当诊疗机器人的末端执行器触摸到触诊处时，在人体组织几何模型中利用混合包围盒算法进行碰撞检测，获取到最终的碰撞位置A、碰撞位移x；

(3.3)、搭建改进型质点-弹簧模型

(3.3.1)、设诊疗机器人的末端执行器与触诊处刚刚接触的O点为碰撞点，以碰撞点为中心，先将人体组织划分为一系列半径为r,2r,3r,...的同心圆，共m层同心圆，每个同心圆依次离散化为4个，8个，16个，......，2^m+1个点质；

(3.3.2)、假定与力触觉交互设备直接交互的碰撞质点下悬挂了一个m层的质点-弹簧/阻尼器，每层的弹簧/阻尼并联连接，而半径为r的同心圆上的所有质点下悬挂了m-n层弹簧/阻尼器，半径为2r的同心圆上的所有质点下悬挂了m-k层弹簧/阻尼器，n、m均为常数，且k＞n，以此类推，设置各个同心圆上的质点下悬挂的弹簧/阻尼的层数；