1.一種多任務手術機器人的視覺伺服控制系統,其特征在于,包括機器人和圖像采集設備;所述機器人用于骨折復位,1)根據手術要求,利用圖像采集設備從相互垂直的兩個方向采集透視圖像,所采用的手術機器人為一個具有六自由度的機器人,以夾具為該機器人前端,一側斷骨為移動端,由夾具固定于機器人前端,通過機器人運動帶動該側斷骨移動,另一側斷骨為目標端,由夾具與手術床相連;設在所采集的圖像中兩側斷骨的輪廓中心線在骨折處的斜率分別為k
移動、k
目標,移動端斷面中心點A、目標端斷面中心點B在所采集圖像中的坐標分別為(x
移動,y
移動)和(x
目標,y
目標),即采用k
移動、k
目標、(x
移動,y
移動)和(x
目標,y
目標)作為用于表示目標端與移動端之間的相對位置姿態關系的圖像特征;定義圖像特征相對坐標f如下,其中每次圖像采集設備從兩個方向采集兩張圖片,下標中的1、2分別代表從圖片1和圖片2中提取到的圖像特征:
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根據手術要求定義期望圖像特征相對坐標f
期望為:
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f
期望對應兩段斷骨處于已經完全對接好的狀態;2)通過1)所確定的圖像采集設備采集手術中當前時刻的圖像數據,并對采集的圖像數據進行降噪、對比度增強等預處理;3)將2)中預處理過的圖像數據按照1)所確定的圖像特征進行提取,按照1)定義的圖像特征相對坐標計算當前時刻的圖像特征相對坐標,記為f
當前;4)根據控制誤差e=f
當前-f
期望,按照“基于圖像的免標定視覺伺服”控制律計算出相應的控制量r,然后使機器人的操作端按照該控制量r進行運動;5)若||e||>ε,重新返回2),采集下一時刻的圖像數據;若||e||≤ε,停止循環;所述ε是根據手術誤差要求設定的閾值。2.根據權利要求1所述的視覺伺服控制系統,其特征在于,所述機器人為具有六自由度的Stewart平臺。3.根據權利要求2所述的視覺伺服控制系統,其特征在于,所述按照“基于圖像的免標定視覺伺服”控制律計算出相應的控制量r為:
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其中,控制量r為Stewart平臺中六個桿的桿長變化速度,為矢量;k
P,k
I,k
D分別為視覺伺服控制律的比例系數、積分系數、微分系數;J為雅克比矩陣,通過卡爾曼濾波方法或支持向量機方法得到;∫edt為控制誤差e對時間t的積分,
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為控制誤差e對時間t的導數。4.一種多任務手術機器人的視覺伺服控制系統,其特征在于,包括機器人和圖像采集設備;所述機器人用于髓內釘遠端鎖釘定位,1)根據手術要求,利用圖像采集設備從相互垂直的兩個方向采集透視圖像,所采用的手術機器人為一個具有六自由度的機器人,以穿孔器械和導向器為該機器人前端,前端夾持的導向器的端口為移動端,髓內釘遠端鎖孔為目標端;將圖像中移動端和目標端各自所形成橢圓的長軸、短軸及中心點圖像坐標作為圖像特征,記移動端橢圓的長軸斜率為k
移動、短軸長軸長度之比為α
移動、中心點圖像坐標為(x
移動,y
移動);記目標端橢圓的長軸斜率為k
目標、短軸長軸長度之比為α
目標、中心點圖像坐標為(x
目標,y
目標);定義圖像特征相對坐標如下,其中每次圖像采集設備從兩個方向采集兩張圖片,下標中的1、2分別代表從圖片1和圖片2中提取到的圖像特征:
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根據手術要求定義期望圖像特征相對坐標f
期望為:
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f
期望對應導向器和髓內釘遠端鎖孔已經達到共軸的狀態;2)通過1)中所述圖像采集設備采集手術中當前時刻的圖像數據,并對采集的圖像數據進行降噪、對比度增強等預處理;3)將2)中預處理過的圖像數據按照1)所確定的圖像特征進行提取,按照1)定義的圖像特征相對坐標計算當前時刻的圖像特征相對坐標,記為f
當前;4)根據控制誤差e=f
當前-f
期望,按照“基于圖像的免標定視覺伺服”控制律計算出相應的控制量r,然后使機器人的操作端按照該控制量r進行運動;5)若||e||>ε,重新返回2),采集下一時刻的圖像數據;若||e||≤ε,停止循環;所述ε是根據手術誤差要求設定的閾值。5.根據權利要求4所述的視覺伺服控制系統,其特征在于,所述按照“基于圖像的免標定視覺伺服”控制律計算出相應的控制量r為:
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其中,控制量r為機器人六個關節的角速度;k
P,k
I,k
D分別為視覺伺服控制律的比例系數、積分系數、微分系數;J為雅克比矩陣,通過卡爾曼濾波方法或支持向量機方法得到;∫edt為控制誤差e對時間t的積分,
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為控制誤差e對時間t的導數。