骨科手术机器人智能导航避障方法、系统及装置与流程

1.本发明涉及医疗技术领域，尤其涉及一种骨科手术机器人智能导航避障方法、系统、装置及骨科手术机器人。


背景技术：

2.随着科学技术的快速发展，机器人被应用于各个领域，如医疗、自动化和服务等，以医疗领域的手术机器人为例，现有的手术机器人至少存在以下两个问题，第一：手术机器人用于精细的手术工作，因此手术机器人的停放位置需要非常精确；第二：为了确保手术工作的稳定性，手术机器人的重量一般比较大，人不易推动。基于上述现有手术机器人存在的问题可知，实现手术机器人的自动导航，节省人力的同时实现机器人的精准走位，便成为了亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

3.本发明提供一种骨科手术机器人智能导航避障方法、装置及骨科手术机器人，用以解决现有机器人存在的导航精度低的技术问题。
4.本发明提供一种骨科手术机器人智能导航避障方法，所述骨科手术机器人智能导航避障方法包括：
5.接收所述骨科手术机器人的导航请求，根据所述导航请求，确定所述骨科手术机器人的控制指令；
6.根据所述控制指令，控制环境信息采集模块获取所述骨科手术机器人所处的环境数据；
7.根据所述环境数据，确定所述骨科手术机器人的移动路径；
8.根据所述骨科手术机器人的移动路径，将所述骨科手术机器人移动至目标位置。
9.根据本发明提供的一种骨科手术机器人智能导航避障方法，根据所述控制指令，控制环境信息采集模块获取所述骨科手术机器人所处的环境数据包括：
10.根据所述控制指令，开启摄像头，通过所述摄像头获取所述骨科手术机器人所处位置的地标图像。
11.根据本发明提供的一种骨科手术机器人智能导航避障方法，根据所述环境数据，确定所述骨科手术机器人的移动路径包括：
12.将所述地标图像输入到训练好的深度学习模型，通过所述深度学习模型对所述地标图像处理，并输出与所述地标图像对应的路径标签；
13.根据所述路径标签，从路径数据库中确定所述骨科手术机器人的移动路径。
14.根据本发明提供的一种骨科手术机器人智能导航避障方法，在所述骨科手术机器人移动之前，该方法还包括：
15.检测所述骨科手术机器人的驱动装置是否存在异常；
16.如果所述驱动装置存在异常，发送预警信号。
17.根据本发明提供的一种骨科手术机器人智能导航避障方法，该方法还包括：
18.在所述骨科手术机器人移动的过程中，开启雷达传感器，并通过所述雷达传感器确定所述移动路径中是否有障碍物；
19.如果所述移动路径中没有障碍物，控制所述骨科手术机器人加速移动；或者如果所述移动路径中有障碍物，控制所述骨科手术机器人减速移动。
20.本发明还提供一种骨科手术机器人智能导航避障装置，包括：
21.接收模块，用于接收所述骨科手术机器人的导航请求，根据所述导航请求，确定所述骨科手术机器人的控制指令；
22.控制模块，用于根据所述控制指令，控制环境信息采集模块获取所述骨科手术机器人所处的环境数据；
23.确定模块，用于根据所述环境数据，确定所述骨科手术机器人的移动路径；
24.移动模块，用于根据所述骨科手术机器人的移动路径，将所述骨科手术机器人移动至目标位置。
25.本发明还提供一种骨科手术机器人智能导航避障系统，所述骨科手术机器人智能导航避障系统包括终端设备和骨科手术机器人，所述骨科手术机器人包括无线接收器、信号处理器、中央控制器、摄像头、驱动装置；
26.所述终端设备，用于向所述骨科机器人发送导航请求；
27.所述无线接收器，用于接收所述导航请求；
28.所述信号处理器，用于对所述导航请求处理，得到所述骨科手术机器人的控制指令；
29.所述中央控制器，用于根据所述控制指令，开启所述摄像头，并通过所述摄像头获取所述骨科手术机器人所处的环境数据；
30.所述中央控制器，还用于根据所述环境数据，确定所述骨科手术机器人的移动路径；
31.所述中央控制器，还用于根据所述骨科手术机器人的移动路径，控制所述驱动装置将所述骨科手术机器人移动至目标位置。
32.本发明还提供一种骨科手术机器人智能导航避障系统，所述骨科手术机器人包括速度检测器，用于检测所述骨科手术机器人的驱动装置是否存在异常，如果所述驱动装置存在异常，发送预警信号。
33.本发明还提供一种骨科手术机器人智能导航避障系统，所述骨科手术机器人还包括雷达传感器；
34.所述中央控制器还用于，在所述骨科手术机器人移动的过程中，开启所述雷达传感器；
35.所述雷达传感器，用于检测所述移动路径中是否有障碍物；
36.如果所述移动路径中没有障碍物，所述中央控制器还用于控制所述骨科手术机器人加速移动；或者如果所述移动路径中有障碍物，控制所述骨科手术机器人减速移动。
37.本发明还提供一种骨科手术机器人，所述骨科手术机器人包括无线接收器、信号处理器、中央控制器、摄像头、驱动装置；
38.所述无线接收器，用于接终端设备发送的导航请求；
39.所述信号处理器，用于对所述导航请求处理，得到所述骨科手术机器人的控制指令；
40.所述中央控制器，用于根据所述控制指令，开启所述摄像头，并通过所述摄像头获取所述骨科手术机器人所处的环境数据；
41.所述中央控制器，还用于根据所述环境数据，确定所述骨科手术机器人的移动路径；
42.所述中央控制器，还用于根据所述骨科手术机器人的移动路径，控制所述驱动装置将所述骨科手术机器人移动至目标位置。
43.本发明提供的骨科手术机器人智能导航避障方法、装置及骨科手术机器人，接收骨科手术机器人的导航请求，根据导航请求，确定骨科手术机器人的控制指令；根据控制指令，控制环境信息采集模块获取骨科手术机器人所处的环境数据；根据环境数据，确定骨科手术机器人的移动路径；根据骨科手术机器人的移动路径，将骨科手术机器人移动至目标位置。本发明通过骨科手术机器人所处的环境数据确定移动路径，实现了机器人的高精度导航定位。
附图说明
44.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
45.图1是本发明提供的骨科手术机器人智能导航避障方法的流程示意图；
46.图2是本发明提供的环境信息采集模块的示意图；
47.图3是本发明提供的自身故障检测模块的示意图；
48.图4是本发明提供的骨科手术机器人各模块的示意图；
49.图5是本发明提供的骨科手术机器人各模块的交互示意图；
50.图6是本发明提供的骨科手术机器人导航移动示意图；
51.图7是本发明提供的骨科手术机器人智能导航避障装置的结构示意图。
具体实施方式
52.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
53.请参照图1，本技术实施例提供一种骨科手术机器人智能导航避障方法，骨科手术机器人智能导航避障方法包括：
54.步骤100，接收所述骨科手术机器人的导航请求，根据所述导航请求，确定所述骨科手术机器人的控制指令；
55.具体地，通过用户终端向骨科手术机器人发送指令，骨科手术机器人的无线接收器接收到指令后，确定指令的内容，若发送的指令为导航请求，则根据导航请求，确定骨科
手术机器人的控制指令，具体过程为：用户终端发送指令-无线接收器接收指令-信号处理器接收指令-自身故障检测模块检测骨科手术机器人的其他模块功能是否正常-骨科手术机器人的其他模块功能正常的情况下信号处理器将指令转化为中央处理器可以识别的信号-路径记忆模块进行路径记忆-环境信息采集模块采集环境数据-驱动骨科手术机器人移动-终点规划位置。
56.步骤200，根据所述控制指令，控制环境信息采集模块获取所述骨科手术机器人所处的环境数据；
57.具体地，如图2所示，在控制指令为控制骨科手术机器人移动至终点位置的情况下，路径记忆模块调出存储的导航路径，在驱动骨科手术机器人移动的过程，需要采集环境数据，控制环境信息采集模块采集骨科手术机器人所述的环境数据，环境数据包括环境图像数据和雷达数据(障碍物距离数据或者环境点云数据)。
58.步骤300，根据所述环境数据，确定所述骨科手术机器人的移动路径；
59.具体地，确定骨科手术机器人所处的环境数据后，可根据骨科手术机器人所处的环境数据确定骨科手术机器人的位置，进而根据用户终端发送的指令确定的终点位置，确定骨科手术机器人的移动路径，在确定当前骨科手术机器人所处的环境中存在障碍物的情况下，还可以通过避障确定新的导航路径，进而沿着导航路径移动。
60.步骤400，根据所述骨科手术机器人的移动路径，将所述骨科手术机器人移动至目标位置。
61.具体地，根据环境信息采集模块采集的环境数据确定骨科手术机器人的移动路径后，控制骨科手术机器人沿移动路径移动至目标位置，在骨科手术机器人沿移动路径移动的过程中，还可以通过速度检测器对骨科手术机器人的速度进行检测，并将雷达传感器检测到的环境数据反馈至速度检测器，若通过雷达传感器检测到骨科手术机器人所处的环境中存在障碍物，则降低骨科手术机器人的移动速度，以防止碰撞。在本实施例中，骨科手术机器人可以是机械臂台车和/或导航台车。上述目标位置可以是事先根据手术类型设置的机械臂台车和/或导航台车与医疗床的位置，即机械臂台车和/或导航台车根据移动路径自动导航到的终点位置。
62.本实施例通过接收所述骨科手术机器人的导航请求，根据所述导航请求，确定所述骨科手术机器人的控制指令；根据所述控制指令，控制环境信息采集模块获取所述骨科手术机器人所处的环境数据；根据所述环境数据，确定所述骨科手术机器人的移动路径；根据所述骨科手术机器人的移动路径，将所述骨科手术机器人移动至目标位置。本发明通过骨科手术机器人所处的环境数据确定移动路径，实现了骨科手术机器人的高精度导航定位。
63.在一个实施例中，本技术实施例提供的骨科手术机器人智能导航避障方法，根据所述控制指令，控制环境信息采集模块获取所述骨科手术机器人所处的环境数据包括可以包括：
64.步骤210，根据所述控制指令，开启摄像头，通过所述摄像头获取所述骨科手术机器人所处位置的地标图像。
65.具体地，在控制指令为规划路径的情况下，控制环境信息采集模块获取骨科手术机器人所处的环境数据，例如，开启摄像头，通过摄像头获取骨科手术机器人所处位置的地
标图像，将移动至目标位置的过程中采集的地标图像进行存储，可得到骨科手术机器人的导航路径；或者，开启雷达传感器，通过雷达传感器获取骨科手术机器人所处位置的环境数据，将移动至目标位置的过程中采集的环境数据进行存储，也可以得到骨科手术机器人的导航路径。在控制指令为沿路径移动的情况下，控制环境信息采集模块获取骨科手术机器人所处的环境数据，根据骨科手术机器人所处的环境数据确定骨科手术机器人的当前位置，并通过雷达传感器进行避障，控制骨科手术机器人进行移动。
66.本实施例通过环境信息采集模块获取骨科手术机器人所处的环境数据，进而根据环境数据，确定骨科手术机器人的移动路径，实现了骨科手术机器人的高精度导航定位。
67.在一个实施例中，本技术实施例提供的骨科手术机器人智能导航避障方法，根据所述环境数据，确定所述骨科手术机器人的移动路径可以包括：
68.步骤310，将所述地标图像输入到训练好的深度学习模型，通过所述深度学习模型对所述地标图像处理，并输出与所述地标图像对应的路径标签；
69.步骤320，根据所述路径标签，从路径数据库中确定所述骨科手术机器人的移动路径。
70.具体地，通过摄像头获取到骨科手术机器人所处位置的地标图像后，将地标图像输入到训练好的深度学习模型，通过训练好的深度学习模型对地标图像进行处理，并输出与地标图像对应的路径标签，路径标签用于对移动路径进行表示说明，最终根据路径标签，从路径数据库中确定骨科手术机器人的移动路径。
71.本实施例通过训练好的深度学习模型对地标图像处理，进而确定骨科手术机器人的移动路径，实现了骨科手术机器人的高精度导航定位。
72.在一个实施例中，本技术实施例提供的骨科手术机器人智能导航避障方法，在所述骨科手术机器人移动之前，还可以包括：
73.步骤500，检测所述骨科手术机器人的驱动装置是否存在异常；
74.步骤600，如果所述驱动装置存在异常，发送预警信号。
75.具体地，在接收到客户终端向骨科手术机器人发送的指令后，通过自检模块检测骨科手术机器人的驱动装置是否存在异常，若骨科手术机器人的驱动装置存在异常，则输出预警信号；若骨科手术机器人的驱动装置没有异常，则响应指令，完成指令的控制操作。
76.本实施例通过自检模块检测骨科手术机器人的驱动装置是否存在异常，实现了骨科手术机器人的自检。
77.在一个实施例中，本技术实施例提供的骨科手术机器人智能导航避障方法，还可以包括：
78.步骤700，在所述骨科手术机器人移动的过程中，开启雷达传感器，并通过所述雷达传感器确定所述移动路径中是否有障碍物；
79.步骤800，如果所述移动路径中没有障碍物，控制所述骨科手术机器人加速移动；或者如果所述移动路径中有障碍物，控制所述骨科手术机器人减速移动。
80.具体地，确定骨科手术机器人的移动路径并控制骨科手术机器人沿移动路径移动后，在骨科手术机器人移动的过程中，开启雷达传感器，并通过雷达传感器采集环境数据，确定移动路径中是否有障碍物。如果骨科手术机器人的移动路径上没有障碍物，则控制骨科手术机器人加速移动；或者，如果骨科手术机器人的移动路径上有障碍物，则控制骨科手
术机器人减速移动，以免发生碰撞。
81.本实施例通过障碍物识别控制骨科手术机器人的移动速度，实现了骨科手术机器人的避障。
82.下面对本发明提供的骨科手术机器人智能导航避障系统进行描述，下文描述的骨科手术机器人智能导航避障系统与上文描述的骨科手术机器人智能导航避障方法可相互对应参照，该系统可以用于实现上述方法的步骤。目标
83.本发明还提供一种骨科手术机器人智能导航避障系统，骨科手术机器人智能导航避障系统包括终端设备和骨科手术机器人，骨科手术机器人包括无线接收器、信号处理器、中央控制器、摄像头、驱动装置；终端设备，用于向骨科机器人发送导航请求；无线接收器，用于接收导航请求；信号处理器，用于对导航请求处理，得到骨科手术机器人的控制指令；中央控制器，用于根据控制指令，开启摄像头，并通过摄像头获取骨科手术机器人所处的环境数据；中央控制器，还用于根据环境数据，确定骨科手术机器人的移动路径；中央控制器，还用于根据骨科手术机器人的移动路径，控制驱动装置将骨科手术机器人移动至目标位置。
84.具体地，如图3所示，本发明还提供一种骨科手术机器人智能导航避障系统，骨科手术机器人智能导航避障系统还包括自检模块，其中，自检模块包括信号处理器、a/d转换器、中央处理器、无线接收器以及ups(uninterruptible power supply，不间断电源)电源。
85.本发明还提供一种骨科手术机器人智能导航避障系统，骨科手术机器人包括速度检测器，用于检测骨科手术机器人的驱动装置是否存在异常，如果驱动装置存在异常，发送预警信号。
86.具体地，如图4所示，本发明还提供一种骨科手术机器人智能导航避障系统，骨科手术机器人还包括雷达传感器；中央控制器还用于，在骨科手术机器人移动的过程中，开启雷达传感器；雷达传感器，用于检测移动路径中是否有障碍物；如果移动路径中没有障碍物，中央控制器还用于控制骨科手术机器人加速移动；或者如果移动路径中有障碍物，控制骨科手术机器人减速移动。
87.下面对本发明提供的骨科手术机器人进行描述，下文描述的骨科手术机器人与上文描述的骨科手术机器人智能导航避障方法可相互对应参照。
88.具体地，如图5所示，本发明还提供一种骨科手术机器人，骨科手术机器人包括无线接收器、信号处理器、自身故障检测模块、中央控制器、路径记忆定位识别模块、雷达传感器、摄像头、驱动脚轮(即驱动装置)、速度检测器以及ups电源；无线接收器用于接收用户终端发送的导航请求；信号处理器用于对导航请求进行处理得到骨科手术机器人的控制指令；自身故障检测模块用于检测骨科手术机器人各模块的功能是否正常；中央控制器，用于根据控制指令开启识别摄像头，并通过识别摄像头获取骨科手术机器人所处的图像数据，或者，开启雷达传感器，并通过雷达传感器获取骨科手术机器人所处的环境数据；速度检测器用于检测骨科手术机器人的速度，并根据雷达传感器获取到的环境数据调整骨科手术机器人的速度；中央控制器，还用于根据环境数据，确定骨科手术机器人的移动路径；中央控制器，还用于根据骨科手术机器人的移动路径，控制驱动脚轮将骨科手术机器人移动至规划位置。在本实施例中，骨科手术机器人可以是机械臂台车和/或导航台车。路径记忆定位识别模块可以是包含训练好的深度学习模型的软件或硬件。
89.具体地，如图6所示，图6为本发明提供的骨科手术机器人导航移动示意图，通过用户终端向骨科手术机器人(例如，机械台车或导航台车)发送指令，骨科手术机器人的无线接收器接收到指令后，确定指令的内容，若发送的指令为导航请求，则根据导航请求，确定骨科手术机器人的控制指令，根据该控制指令控制摄像头获取骨科手术机器人当前所处的地标图像(即地面识别图标)，将该地标图像输入至训练好的深度学习模型，通过该深度学习模型对该地标图像处理，得到骨科手术机器人的移动路径(即规则路径)，根据该移动路径，通过控制驱动脚，将骨科手术机器人沿着移动路径(如图6中的规划路径)移动至终点位置，实现了骨科手术机器人的高精度导航定位。
90.下面对本发明提供的骨科手术机器人智能导航避障装置进行描述，下文描述的骨科手术机器人智能导航避障装置与上文描述的骨科手术机器人智能导航避障方法可相互对应参照。
91.请参照图7，本发明还提供一种骨科手术机器人智能导航避障装置，包括：
92.接收模块701，用于接收所述骨科手术机器人的导航请求，根据所述导航请求，确定所述骨科手术机器人的控制指令；
93.控制模块702，用于根据所述控制指令，控制环境信息采集模块获取所述骨科手术机器人所处的环境数据；
94.确定模块703，用于根据所述环境数据，确定所述骨科手术机器人的移动路径；
95.移动模块704，用于根据所述骨科手术机器人的移动路径，将所述骨科手术机器人移动至目标位置。
96.可选地，控制模块包括：
97.地标图像获取单元，用于根据所述控制指令，开启摄像头，通过所述摄像头获取所述骨科手术机器人所处位置的地标图像。
98.可选地，确定模块包括：
99.路径标签输出单元，用于将所述地标图像输入到训练好的深度学习模型，通过所述深度学习模型对所述地标图像处理，并输出与所述地标图像对应的路径标签；
100.移动路径确定单元，用于根据所述路径标签，从路径数据库中确定所述骨科手术机器人的移动路径。
101.可选地，骨科手术机器人智能导航避障装置还包括：
102.检测模块，用于检测所述骨科手术机器人的驱动装置是否存在异常；
103.预警信号发送模块，用于如果所述驱动装置存在异常，发送预警信号。
104.可选地，骨科手术机器人智能导航避障装置还包括：
105.障碍物确定模块，用于在所述骨科手术机器人移动的过程中，开启雷达传感器，并通过所述雷达传感器确定所述移动路径中是否有障碍物；
106.速度控制模块，用于如果所述移动路径中没有障碍物，控制所述骨科手术机器人加速移动；或者如果所述移动路径中有障碍物，控制所述骨科手术机器人减速移动。
107.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性
的劳动的情况下，即可以理解并实施。
108.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
109.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。