[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

摘要

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。

主权项

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层同心圆同心圆，每个同心圆依次离散化为4个，8个，16个，......，2m+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，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；(3.3.3)、将碰撞点由O点移动到最终的碰撞位置A处，计算某个质点下的弹簧/阻尼器的弹簧力和阻尼力的合力；设各层弹簧/阻尼器的弹性系数和阻尼系数有如下关系：Ki+1Ki=p]]>KDi+1KDi=q]]>其中，p,q均为小于1的常数，Ki和分别表示第i层弹簧/阻尼器的弹性系数和阻尼系数，i＝1,2,…,m；设所有弹簧的形变都相同，则最终的碰撞位置A处所受的力为：FA=(1+p+p2+...+pm-1)K1x+(1+q+q2+...+qm-1)KD1x.=1-qm1-qK1x+1-pm1-pKD1x.]]>其中，K1、表示第一层弹簧/阻尼器的弹性系数和阻尼系数；半径为r的同心圆上的质点所受的作用力为：FBji=1-qm-n1-qK1x+1-pm-n1-pKD1x.]]>其中，i＝1，j＝1,2,3,4；同理，以此类推，计算出其余各同心圆上的质点所受的作用力；(3.4)、将各个质点所受的作用力作为该质点的形变反馈到改进型质点‑弹簧模型中，得到修正后的形变质点‑弹簧模型；(4)、力触觉再现将修正后的形变质点‑弹簧模型通过PC机实时显示，显示出人体组织的形变状况，供医生查看，同时将质点所受的作用力输入到主机操作端的力触觉交互设备上，医生通过力触觉交互设备可感受反馈力，实现力触觉再现。