Hiệu chuẩn tay–mắt với ràng buộc điểm chuyển động từ xa (RCM) trong robot phẫu thuật nội soi

( 0 đánh giá )
Miễn phí

Bối cảnh: Trong robot phẫu thuật nội soi, camera và dụng cụ phải di chuyển quanh điểm cố định (RCM) tại vị trí trocar để tránh tổn thương mô. Điều này khiến chuyển động của camera bị giới hạn (chỉ 4 bậc tự do), gây khó khăn cho các phương pháp hiệu chuẩn tay–mắt truyền thống vốn yêu cầu chuyển động đủ rộng.

 

  • Phương pháp đề xuất:
  •   + Bước 1: Xác định vị trí RCM trong hệ tọa độ camera bằng cách tìm điểm giao nhau của các trục z từ nhiều pose camera (giải bài toán hình học tối ưu).
  •   + Bước 2: Sử dụng vị trí RCM để xây dựng lại bài toán hiệu chuẩn tay–mắt dưới dạng bài toán định hướng tuyệt đối (absolute orientation), với ràng buộc bổ sung từ RCM.
  •   + Bước 3: Tối ưu hóa phi tuyến để tìm ma trận biến đổi tay–mắt (rotation và translation) sao cho phù hợp cả với dữ liệu chuyển động và vị trí RCM.
  • Ưu điểm:
  •   + Tránh cấu hình suy biến do chuyển động hạn chế.
  •   + Đơn giản hóa bài toán từ 6 bậc tự do xuống 4.
  •   + Tăng độ chính xác và ổn định số.
  •   + Không cần cho robot di chuyển tự do trong giai đoạn hiệu chuẩn.
  • Thực nghiệm:
  •   + Mô phỏng: So sánh với các phương pháp kinh điển như Tsai, Dual Quaternion, Reprojection, Absolute Orientation. Phương pháp RCM cho sai số thấp hơn rõ rệt khi chuyển động bị giới hạn.
  •   + Thực tế: Gắn camera stereo NanEye lên robot KUKA LBR iiwa, thực hiện hiệu chuẩn với chuyển động quanh RCM. Phương pháp RCM cho kết quả chính xác hơn cả khi robot được phép di chuyển tự do.
  • Kết luận: Việc khai thác ràng buộc RCM không chỉ giúp hiệu chuẩn tay–mắt trong môi trường hạn chế mà còn cho kết quả tốt hơn cả khi không bị hạn chế. Phương pháp phù hợp với các hệ robot phẫu thuật hiện đại, không cần thay đổi phần cứng hay quy trình vận hành.