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光學跟蹤系統是機器人的眼睛。可以說,如果你想要一個機器人快速準確地移動,你需要高效的眼睛!這部分是正確的。但是,您需要考慮其他元素才能擁有一個高效的系統。首先,讓我們嘗試類比人類抓握物體時的手眼協調。
我們生活在一個三維的世界,但我們的視網膜只能在二維中捕捉它。立體視覺是一種大腦皮層過程,它在心理上重建了一個三維世界,這個三維世界通過視網膜從環境中捕獲光而簡化為二維世界。更正式地說,立體視覺是基于雙目視差線索計算物體的立體感和深度。
為了拿起一個物體,我們必須首先估計它的形狀和它相對于我們身體的位置。立體視覺可以明確地確定這些屬性,因為眼睛聚散度指定了一個物體的以自我為中心的距離,而雙眼視差決定了它的 3D(3 維)結構。
Liesbeth Mazyn 通過分析具有單眼、正常和弱立體視覺能力的受試者捕捉移動網球的效率,做了一個非常簡單的心理物理實驗。
實驗結果如下:
事實證明,球越快,就越有必要擁有良好的立體視覺。
無論是人還是機器人,立體視覺系統的質量都會影響完成移動任務的速度。實際上,機器人的眼睛需要良好的準確性(或真實性)。相反,機器人應該能夠移動得足夠快!
視覺服務
視覺伺服主要是指利用視覺數據來控制機器人的運動。視覺伺服可以被描述為一種閉環控制算法,其誤差是根據視覺測量來定義的。該控制方案的主要目標是減少誤差并驅動機器人關節角度作為位姿(方向和位置)誤差的函數。
這種類型的控制回路經常應用于需要物體檢測、伺服、對齊和抓取的物體操縱任務。
以下流程圖展示了視覺伺服系統的基本構建塊:
很容易理解,減少這個控制回路(上圖中的光學跟蹤系統塊)的處理時間將使機器人移動得更快。實際上,它轉化為光學跟蹤系統的延遲。該指標主要基于成像傳感器的讀出速度、圖像處理時間以及與視覺伺服控制回路系統通信通道的實時能力。
想象一下,您的機器人以 1m/s 的速度線性移動,而您的跟蹤系統的延遲為 33ms。當控制回路接收到位姿信息時,機器人實際上已經移動了 33 毫米。但是,如果跟蹤系統的延遲為 4ms,則移動將僅為 4mm。
選擇跟蹤系統不是基于其速度而是基于其延遲。
機器人輔助手術
有兩個系列的機器人輔助手術應用。一種更類似于遠程操作,外科醫生自己進行視覺伺服,例如 Intuitive Surgical 的達芬奇系統。我們現在將關注另一種類型的機器人,這些機器人需要實時自動補償解剖結構的運動。
在典型的骨科手術中,機器人用于在假體植入之前準確放置螺釘或切割/雕刻骨骼。通常,首先將標記固定在患者身上,以便機器人可以在解剖結構移動的情況下調整其運動。第二個標記以相對于末端執行器的已知姿勢(機器人的遠端位置,如鉆或鋸)放置在手術器械上。機器人將按照手術前或干預期間實現的計劃進行操作
結果的質量主要取決于以下因素:
? 跟蹤生態系統的真實性,包括光學跟蹤系統的準確性、基準技術、標記的幾何設計、
? 配準過程(數字解剖與物理解剖的對齊),
? 機器人視覺控制回路補償患者運動的能力,
較低的延遲不僅會提高反饋回路后機器人位置校正的準確性,而且還會使操作更快。
結論
在構建機器人應用程序時,考慮光學跟蹤系統的性能很重要。但是,還應考慮機器人結構的實際效率,以及其他組件,如基準技術和標記的幾何形狀。配準過程也會對整體誤差產生很大影響,應予以考慮。最后,應考慮人體工程學和可用性考慮,因為機器人在手術過程中肯定需要人工合作。
文章來源：全球汽車匯
