面向超声扫查的遥操作机器人控制

1. 绪论

1.1 研究背景以及意义

1.1.1 超声技术在医疗体系中的重要性

• 超声技术作为一种非侵入性、无辐射的影像检查手段，在临床诊断和疾病筛查中发挥着重要作用。
• 尽管超声技术在医疗领域的重要性不言而喻，但我国超声设备及相关操作人员仍面临巨大的缺口。

1.1.2 遥操作机器人技术在医疗领域的应用

• 遥操作机器人技术为医疗体系提供了新的解决方案，能够弥补超声扫查操作人员和设备不足的问题。
• 遥操作技术提高了超声诊断的效率和精确性，即使在医生与患者相隔甚远的情况下，也能为患者提供及时监测和诊断服务。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

• MELODY系统：一种专门用于远程操作超声检查的医疗机器人系统，拥有专用机器人探头支架，可安装在患者身边，方便进行远程超声检查。
• ReMeDi远程医学诊断师系统：更加注重安全性、灵活性和准确性的触觉反馈，能够自主完成扫描工作。
• TOURS系统：一种远程操作超声扫描的医疗机器人系统，具有紧凑的机器人探头操纵器，可通过虚拟探头完成远程控制超声探头的方向。

1.2.2 国内研究现状

• CRAS手术机器人：我国自主研发生产的首台医用机器人，采用PUMA260和PUMA262机器人作为辅助操作执行器。
• 华大智造远程超声医疗机器人：整合了云计算和云加密存储技术，为医护人员、就诊人员以及技术工作人员提供一个高效沟通和检查的平台。

1.3 论文整体的结构

1.3 论文整体的结构

• 第一章为绪论，对超声扫查与遥操作融合的现实意义进行简要阐述并对于其未来可能产生的影响进行描述。
• 第二章概述了遥操作超声机器人软硬件系统搭建。
• 第三章开展了主从式遥操作超声机器人工作空间映射方法研究。
• 第四章为工作总结以及未来展望。

2. 遥操作机器人系统搭建

2.1 主端操作手柄选型配置

2.1 主端操作手柄选型配置

• 在主端控制设备的选择上，比较了多个手柄设备后选择具有优良性能的Omega.7手柄。
• Omega.7手柄在空间运动、力反馈自由度、反馈力精度、刚度等方面表现出优异的性能。

2.2 遥操作机器人软件平台搭建

2.2 遥操作机器人软件平台搭建

• 基于ROS框架进行主从端的信息交互，实现遥操作机器人超声。

2.3 从端机器人选型配置

2.3 从端机器人选型配置

• 对于从端被控制机械臂xMate进行介绍，并针对样机系统功能以及使用方法进行整体的概括。
• 对从端机器人进行运动学建模，为进一步分析其工作空间奠定了基础。

3. 遥操作机器人工作空间映射

3.1 主从遥操作运动控制原理

3.1 主从遥操作运动控制原理

• 基于ROS框架进行映射从而实现遥操作控制。

3.2 工作空间映射关系建模

3.2.1 工作空间分析方法选择

• 基于蒙特卡洛方法对从端机械臂开展工作空间分析。

3.2.2 朴素算法（Naive Method）介绍

• 介绍朴素算法在遥操作机器人工作空间映射中的应用。

3.2.3 蒙特卡洛（Monte Carol）算法介绍

• 介绍蒙特卡洛算法在遥操作机器人工作空间映射中的应用。

3.2.4 使用蒙特卡洛采样方法对工作空间建模以及系数选取

• 介绍使用蒙特卡洛采样方法对工作空间建模以及系数选取的方法。

3.3 遥操作主从映射模式实验及对比分析

3.3.1 单一位置控制模式下的实验

• 单一位置控制模式下的实验结果。

3.3.2 单一速度控制模式下的实验

• 单一速度控制模式下的实验结果。

3.3.3 位置-速度混合映射控制模式下的实验

• 位置-速度混合映射控制模式下的实验结果。

3.3.4 对比实验总结

• 对比实验总结。

3.4 遥操作机器人超声成像实验

3.4 遥操作机器人超声成像实验

• 在腹部体模上开展了遥操作超声扫查实验，并成功获得遥操作超声图像。

4. 工作总结与未来展望

4.1 工作总结

4.1 工作总结

• 对已完成工作进行总结，反思在工作过程中遇到的问题以及如何解决这些问题的思考过程。

4.2 未来展望

4.2 未来展望

• 对整体工作的不足之处进行反思，并探讨未来可能的补充内容，并依此对未来进一步实验和进展进行展望。