Ultrasound scanning robots enable the automatic imaging of a patient's internal organs by maintaining close contact between the ultrasound probe and the patient's body during a scanning procedure. Comprehensive, high-quality ultrasound scans are essential for providing the patient with an accurate diagnosis and effective treatment plan. An ultrasound scanning robot usually works in a doctor-robot co-existing environment, hence both efficiency and safety during the collaboration should be considered. In this paper, we propose a novel multi-modal control scheme for ultrasound scanning robots, in which three interaction modes are integrated into a single control input. Specifically, the scanning mode drives the robot to track a time-varying trajectory on the patient's body under the desired impedance model; the recovery mode allows the robot to actively recontact the body whenever physical contact between the ultrasound probe and the patient's body is lost; the human-guided mode renders the robot passive such that the doctor can safely intervene to manually reposition the probe. The integration of multiple modes allows the doctor to intervene safely at any time during the task and also maximizes the robot's autonomous scanning ability. The performance of the robot is validated on a collaborative scanning task of a carotid artery examination.


翻译:超声扫描机器人通过在扫描程序期间保持超声波探测器与病人身体之间的密切接触,使病人内部器官的自动成像成为自动成像。全面、高质量的超声波扫描对于向病人提供准确的诊断和有效的治疗计划至关重要。超声扫描机器人通常在医生-机器人共同存在的环境中工作,因此在协作期间的效率和安全都应加以考虑。在本文件中,我们提议为超声波扫描机器人建立一个新型的多式控制机制,其中将三种互动模式整合到单一的控制输入中。具体地说,扫描模式驱动机器人在理想的阻力模型下跟踪病人身体的时间变化轨迹;恢复模式允许机器人在超声波探测器和病人身体之间失去物理接触时积极对身体进行反射;人类引导模式使机器人被动,使医生能够安全地干预对探测器进行手动的重新定位。多种模式的整合使医生能够在任务期间随时进行安全干预,并最大限度地提高机器人自动扫描能力。机器人的测试是自动扫描机器人的测试。

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