面向口腔种植的机器人多姿态轨迹平滑规划

根据口腔种植手术的要求,基于光学定位技术开发了一套自动化程度较高的种植牙手术机器人系统,并且对系统空间坐标系转换进行研究.平滑的姿态轨迹规划对口腔种植机器人工作时的精度和效率有着重要的影响,提出一种基于四元数和旋转向量的多姿态C2连续的平滑插值算法.在三维空间中采用线性插值与B样条曲线平滑拼接的方式对旋转向量进行插值计算,所对应的四元数将保持在三维空间中的连续性,实现对单位四元数C2连续的多姿态平滑插值.通过实验分析和对比验证,所提B样条多姿态平滑插值算法具有C2连续性,在实时性能和运动效率方面优于SQUAD算法,适用于机器人末端执行器的多姿态轨迹规划.

一种用于光学器械跟踪的近红外双目系统

近红外光学跟踪系统以其高精度、便捷的特点迅速发展成为手术导航中的重要组成部分。基于双目视觉设计了一套高精度、低成本的光学跟踪系统,该系统使用安装在器械上的被动标记球(NDI Passive Sphere)作为标记,并在双目相机镜头前添加近红外滤光片,以消除环境光的干扰。首先,采用轮廓过滤算法,用于标记轮廓的提取,使用最小二乘椭圆拟合算法获取标记投影中心的像素坐标;其次,设计了器械识别算法,使每个器械可以单独有序储存标记球的中心像素坐标,用于多个器械的分辨;最后,通过左右视图对应标记中心匹配,重建其空间坐标,进而推导出器械尖端在世界坐标系中的坐标。实验使用该系统跟踪器械,利用器械的无规则摆放实验验证了器械识别算法的准确性和鲁棒性,准确率达95%,平均识别时间仅需4 ms。并对系统进行了稳定性、静态定位精度、动态跟踪等测试。结果表明:稳定性误差可达0.13 mm,静态定位精度可达0.373 mm,所提出的近红外光学跟踪系统具有较高的精度和稳定性,可以满足手术导航的要求。