热敏灸机器人位姿确定方法、系统、存储介质及计算机与流程

本发明涉及医疗设备，特别涉及一种热敏灸机器人位姿确定方法、系统、存储介质及计算机。

背景技术：

1、热敏灸是针灸的一种，是指用大剂量的艾灸长时间作用于人体的某些穴位，当艾灸效应累积到一定程度时在针灸艾灸部位会产生特别敏化现象，起到治病保健的效果。为了推广热敏灸技术，开发了热敏灸机器人，艾条安装于机器人的操作头上。

2、现有的热敏灸机器人操作头上设计有1~3个激光传感，布置于艾条四周，呈正三角形排列，激光传感的光轴与艾条的中心轴线保持平行，主要用于测量艾条头部距人体表面穴位的竖向距离，并不用于计算相对姿态。此外，受限与艾条和激光传感的空间尺寸，按照上述平行布置的激光传感，其投射在人体皮肤表面的光点之间距离太远，非常不利于操作头针对人体目标穴位的定位和距离测量，比如人体的胳膊、手臂、后背等部位，极大限制了机器人操作头的使用范围。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的是提供一种热敏灸机器人位姿确定方法、系统、存储介质及计算机，以至少解决上述相关技术中的不足。

2、本发明提出一种热敏灸机器人位姿确定方法，在所述热敏灸机器人的操作头上安装有多个激光传感器，包括：

3、以预设的采样频率分别采集各所述激光传感器与人体体表目标穴位的第一距离数据；

4、基于所述操作头定义随体坐标系，并根据所述随体坐标系和所述第一距离数据获取各所述激光传感器的激光光点的坐标值以及所述操作头上艾条的坐标值；

5、根据各所述激光光点的坐标值计算出各所述激光光点所形成的最佳平面的单位法向量，定义所述操作头的单位向量，并利用所述最佳平面的单位法向量和所述操作头的单位向量计算出所述操作头相对于所述最佳平面的姿态角；

6、根据所述艾条的坐标值计算出所述艾条距离所述最佳平面的第二距离数据，并根据所述第二距离数据和所述姿态角确定所述热敏灸机器人的位姿。

7、进一步的，各所述激光传感器的激光光点聚焦于所述艾条的中心轴线上、且所述激光传感器的数量n≥3。

8、进一步的，根据各所述激光光点的坐标值计算出各所述激光光点所形成的最佳平面的单位法向量的步骤包括：

9、利用最小二乘法对各所述激光光点的坐标值进行拟合，以得到各所述激光光点所形成的最佳平面的平面方程；

10、利用所述最佳平面的平面方程按照第一公式计算出其对应的单位法向量。

11、进一步的，所述最佳平面的平面方程的表达式为：

12、ax+by+ cz+d=0；

13、所述最佳平面的单位法向量的计算公式为：

14、；

15、式中， n表示最佳平面的单位法向量。

16、进一步的，所述第二距离数据的计算公式为：

17、；

18、式中，艾条的坐标值为（x0，y0，z0）。

19、本发明还提出一种热敏灸机器人位姿确定系统，在所述热敏灸机器人的操作头上安装有多个激光传感器，包括：

20、数据采集模块，用于以预设的采样频率分别采集各所述激光传感器与人体体表目标穴位的第一距离数据；

21、坐标值计算模块，用于基于所述操作头定义随体坐标系，并根据所述随体坐标系和所述第一距离数据获取各所述激光传感器的激光光点的坐标值以及所述操作头上艾条的坐标值；

22、姿态角计算模块，用于根据各所述激光光点的坐标值计算出各所述激光光点所形成的最佳平面的单位法向量，定义所述操作头的单位向量，并利用所述最佳平面的单位法向量和所述操作头的单位向量计算出所述操作头相对于所述最佳平面的姿态角；

23、位姿确定模块，用于根据所述艾条的坐标值计算出所述艾条距离所述最佳平面的第二距离数据，并根据所述第二距离数据和所述姿态角确定所述热敏灸机器人的位姿。

24、进一步的，所述姿态角计算模块包括：

25、平面方程计算单元，用于利用最小二乘法对各所述激光光点的坐标值进行拟合，以得到各所述激光光点所形成的最佳平面的平面方程；

26、法向量计算单元，用于利用所述最佳平面的平面方程按照第一公式计算出其对应的单位法向量。

27、本发明还提出一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的热敏灸机器人位姿确定方法。

28、本发明还提出一种计算机，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的热敏灸机器人位姿确定方法。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

30、（1）利用多重激光测量数据最佳拟合得到表征目标穴位的最佳平面方程，据此计算出的操作头姿态角和目标距离更加准确，以便于后续的位姿确定；

31、（2）将多重激光传感于艾条的四周的布置方式使得投射到目标穴位的激光光斑斑点距离更近，相互更紧凑，扩大了操作头实施灸疗的人体表面工作范围。

技术特征：

1.一种热敏灸机器人位姿确定方法，在所述热敏灸机器人的操作头上安装有多个激光传感器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的热敏灸机器人位姿确定方法，其特征在于，各所述激光传感器的激光光点聚焦于所述艾条的中心轴线上、且所述激光传感器的数量n≥3。

3.根据权利要求1所述的热敏灸机器人位姿确定方法，其特征在于，根据各所述激光光点的坐标值计算出各所述激光光点所形成的最佳平面的单位法向量的步骤包括：

4.根据权利要求3所述的热敏灸机器人位姿确定方法，其特征在于，所述最佳平面的平面方程的表达式为：

5.根据权利要求1所述的热敏灸机器人位姿确定方法，其特征在于，所述第二距离数据的计算公式为：

6.一种热敏灸机器人位姿确定系统，在所述热敏灸机器人的操作头上安装有多个激光传感器，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的热敏灸机器人位姿确定系统，其特征在于，所述姿态角计算模块包括：

8.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一所述的热敏灸机器人位姿确定方法。

9.一种计算机，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一所述的热敏灸机器人位姿确定方法。

技术总结
本发明提供一种热敏灸机器人位姿确定方法、系统、存储介质及计算机，在热敏灸机器人的操作头上安装有多个激光传感器，该方法包括：分别采集各激光传感器与人体体表目标穴位的第一距离数据；根据基于操作头定义的随体坐标系和第一距离数据获取各激光传感器的激光光点的坐标值及操作头上艾条的坐标值；根据各激光光点的坐标值计算出各激光光点所形成的最佳平面的单位法向量，利用最佳平面的单位法向量和定义的操作头的单位向量计算出操作头相对于最佳平面的姿态角；根据艾条的坐标值计算出艾条距离最佳平面的第二距离数据和姿态角确定热敏灸机器人的位姿。本发明通过表征目标穴位的最佳平面方程来计算出的操作头姿态角和目标距离更加准确。

技术研发人员：肖丽丽,高付海,朴江民,杨孔雳,王明政,高岳
受保护的技术使用者：江西原科中医药智能装备有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13