[发明专利]柔性针的基于障碍分级的人工势场路径规划方法及装置

摘要

本发明提供了一种柔性针的基于障碍分级的人工势场路径规划方法及装置，以解决现有技术中柔性针的规划路径不确定及运动不确定性问题。本发明装置包括图像传感系统、控制系统、执行系统和上位机，基于该装置本发明方法包括：图像传感系统获得柔性针穿刺环境的实时图像，从图像中识别出目标点及障碍物，并对障碍物分级，基于人工势场计算当前环境中每个位置点的势能；控制系统根据柔性针路径规划的曲率约束及优化指标，进行静态路径规划，获取初始路径和入针点，然后根据实时采集的穿刺环境图像，对路径上的位置点进行修正，发送控制指令给执行系统，控制柔性针运动。本发明可规划出更多的可行路径，并且路径规划实时性更好。

主权项

1.一种柔性针的基于障碍分级的人工势场路径规划装置，其特征在于，包括：图像传感系统、控制系统、执行系统和上位机；图像传感系统包括传感器和图像处理系统；控制系统包括轨迹规划模块和跟踪控制模块；执行系统包括执行机构驱动器和执行机构；所述的执行机构中包括控制柔性针旋转运动和直线进给运动的电机；所述的传感器用于实时获取柔性针的位置及穿刺环境图像数据，并传输给图像处理系统；所述的图像处理系统从图像中识别出目标点及障碍物，并根据预存的参数库获得障碍物的分级因子，还基于穿刺精度要求划分图像节点，每个节点对应当前柔性针穿刺环境中的一个位置点，获得当前环境中每个位置点的势能；所述的控制系统安装在嵌入式控制系统中；轨迹规划模块根据柔性针路径规划的曲率约束及优化指标，基于当前环境中每个位置点的势能，进行静态路径规划，获取静态路径S和入针点a；跟踪控制模块基于静态路径规划确定的入针点a，根据图像处理系统实时识别出当前环境中的障碍物，对路径S上位置点的坐标修正，发送控制指令给执行机构驱动器；所述的执行机构驱动器根据控制指令驱动执行机构进而驱动柔性针运动；所述的上位机用于监控与调试所述路径规划装置中的各系统。