基于视觉反馈的输尿管软镜机器人运动补偿策略

摘要

机器人辅助输尿管软镜术可以显著提高泌尿外科医生的手术执行能力.然而,由于人体自然腔道生理约束,导致输尿管软镜在手术过程中存在明显的末端运动偏差,影响手术效率,增加手术风险;同时输尿管软镜末端空间狭小,难以安装可检测末端运动偏差的传感器.针对以上问题,提出了一种基于视觉反馈的输尿管软镜末端运动补偿策略,以霍夫圆检测为基础,自动提取输尿管软镜的视野作为感兴趣区域,降低计算负担;同时,针对输尿管软镜的成像特点,对视野中特有的梳状结构干扰进行了频谱分析和消除.在此基础上,结合ORB算法提取图像信息,通过对前后两关键帧之间的空间关系进行几何描述并求解,得到输尿管软镜末端的角位移.该角位移与输入运动指令之差即为输尿管软镜末端运动偏差,并据此建立了输尿管软镜运动补偿策略.最后借助输尿管软镜机器人样机,利用实验手段对上述过程进行验证,结果显示,输尿管软镜末端的角位移平均计算时间约为21.32 ms,平均计算误差0.33°,最大计算误差1.90°.使用所提运动补偿策略前后输尿管软镜末端运动状态的对比实验结果表明,该运动补偿策略平均补偿误差约为2.17°,最大补偿误差为3.29°,可以显著减少输尿管软镜末端的运动偏差,并具有较好的实时性.