一种种植牙机器人导航系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种种植牙机器人导航系统及方法，系统包括：控制器、机械臂、手术刀具、光学定位仪、工具示踪器、患者示踪器和刀具标定器；所述手术刀具和所述工具示踪器固定安装在所述机械臂的末端；所述患者示踪器固定在患者的非种植牙牙齿上。优点为：机器人导航系统利用术前CT扫描影像规划种植牙手术路径进行导航，并在导航过程中，对种植牙手术路径进行实时修正，另外，利用光学定位仪跟踪手术刀具的位置和姿态，从而引导机械臂运动，带动手术刀具到达种植牙路径，可实现手术刀具位置和方向的精确定位，具有定位准确、工作稳定的优点，可保证手术的精度，有效降低对医生操作的要求，并降低医生的工作强度。低医生的工作强度。低医生的工作强度。

【技术实现步骤摘要】
一种种植牙机器人导航系统及方法


[0001]本专利技术属于手术机器人导航定位
，具体涉及一种种植牙机器人导航系统及方法。

技术介绍

[0002]传统的种植牙手术方法为：手术开始前，需要透视扫描植牙的情况，从而制定手术方案；然后，手术过程中，医生手持手术刀，凭借经验进行手术。此种种植牙手术方法具有以下问题：医生手持手术刀进行手术，操作精度和稳定性水平较低，无法保证手术的精度。

技术实现思路

[0003]针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种种植牙机器人导航系统及方法，可有效解决上述问题。
[0004]本专利技术采用的技术方案如下：
[0005]本专利技术提供一种种植牙机器人导航系统，包括：控制器、机械臂、手术刀具、光学定位仪、工具示踪器、患者示踪器和刀具标定器；所述手术刀具和所述工具示踪器固定安装在所述机械臂的末端；所述患者示踪器固定在患者的非种植牙牙齿上；
[0006]其中：所述刀具标定器包括4个光学定位球和一个标定孔；所述刀具标定器的标定孔套在所述手术刀具的末端后，手术刀具末端顶点与标定孔顶端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种种植牙机器人导航系统，其特征在于，包括：控制器、机械臂、手术刀具、光学定位仪、工具示踪器、患者示踪器和刀具标定器；所述手术刀具和所述工具示踪器固定安装在所述机械臂的末端；所述患者示踪器固定在患者的非种植牙牙齿上；其中：所述刀具标定器包括4个光学定位球和一个标定孔；所述刀具标定器的标定孔套在所述手术刀具的末端后，手术刀具末端顶点与标定孔顶端中心点重合，手术刀具轴线方向与标定孔轴线方向重合。2.根据权利要求1所述的一种种植牙机器人导航系统，其特征在于，所述机械臂是6自由度协作机械臂，设于机械臂基座上面；所述机械臂基座形成机械臂基座坐标系{B}，机械臂的末端机械接口称为TCP，形成机械臂TCP坐标系{E}。3.根据权利要求1所述的一种种植牙机器人导航系统，其特征在于，所述工具示踪器包括刚性支架，所述刚性支架上固定安装有4个光学定位球。4.根据权利要求1所述的一种种植牙机器人导航系统，其特征在于，所述患者示踪器包括不易在CT影像中成像的刚性支架，所述患者示踪器的刚性支架的一端固定在患者的非种植牙牙齿上，另一端装有9个钛珠和4个光学定位球。5.一种权利要求1
‑
4任一项所述的种植牙机器人导航系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，预先标定得到工具示踪器坐标系{T}到机械臂TCP坐标系{E}的转换矩阵
T
T
E
：步骤S1.1，控制机械臂TCP随机运动n个位姿，得到以下n个方程：
O
T
B
＝
O
T
T1
·
T
T
E
·
E1
T
BO
T
B
＝
O
T
T2
·
T
T
E
·
E2
T
B
...
O
T
B
＝
O
T
Tn
·
T
T
E
·
En
T
B
其中：
O
T
B
：代表光学定位仪坐标系{O}到机械臂基座坐标系{B}的转换矩阵，由于机械臂TCP运动过程中，机械臂基座与光学定位仪均固定不动，所以
O
T
B
始终不变，为已知固定值；
O
T
Ti
，i＝1,2,...,n：代表机械臂TCP随机运动到第i个位姿时，光学定位仪坐标系{O}到工具示踪器坐标系{T}的转换矩阵，通过以下方法获得：当机械臂TCP随机运动到第i个位姿时,此时，通过光学定位仪，测量得到工具示踪器上每个光学定位球在光学定位仪坐标系{O}下的三维位置坐标；再结合已知的工具示踪器上每个光学定位球在工具示踪器坐标系{T}下的三维位置坐标，得到转换矩阵
O
T
Ti
；
T
T
E
：代表工具示踪器坐标系{T}到机械臂TCP坐标系{E}的转换矩阵
T
T
E
，在机械臂TCP运动过程中，
T
T
E
固定不变，为待求值；
Ei
T
B
，i＝1,2,...,n：代表机械臂TCP随机运动到第i个位姿时，机械臂TCP坐标系{E}到机械臂基座坐标系{B}的转换矩阵，为已知值；步骤S1.2，对n个方程形成的方程组，采用最小二乘方法求解，得到工具示踪器坐标系{T}到机械臂TCP坐标系{E}的转换矩阵
T
T
E
；步骤S2，预先标定得到手术刀具与工具示踪器之间相对位姿关系，即：得到手术刀具末端顶点Q在工具示踪器坐标系{T}的三维位置坐标Q
T
，以及手术刀具轴线方向在工具示踪器
坐标系{T}的方向向量步骤S2.1，将刀具标定器套在手术刀具的末端，使得手术刀具末端顶点与刀具标定器的标定孔顶端中心点重合，使手术刀具轴线方向与刀具标定器的标定孔轴线方向重合；步骤S2.2，通过光学定位仪，获得工具示踪器坐标系{T}到光学定位仪坐标系{O}的转换矩阵
T
T
O
，以及刀具标定器坐标系{K}到光学定位仪坐标系{O}的转换矩阵
K
T
O
；具体方法为：通过光学定位仪，测量得到工具示踪器上每个光学定位球在光学定位仪坐标系{O}下的三维位置坐标；再结合已知的工具示踪器上每个光学定位球在工具示踪器坐标系{T}下的三维位置坐标，得到转换矩阵
T
T
O
；通过光学定位仪，测量得到刀具标定器上每个光学定位球在光学定位仪坐标系{O}下的三维位置坐标；再结合已知的刀具标定器上每个光学定位球在刀具标定器坐标系{K}下的三维位置坐标，得到转换矩阵
K
T
O
；步骤S2.3，采用下式，得到刀具标定器坐标系{K}到工具示踪器坐标系{T}的转换矩阵
K
T
T
：
K
T
T
＝
K
T
O
·
(
T
T
O
)
‑1步骤S2.4，获得刀具标定器的标定孔顶端中心点在刀具标定器坐标系{K}中的三维位置坐标P
K
，以及刀具标定器的标定孔轴线方向在刀具标定器坐标系{K}中的方向向量根据下式，将刀具标定器的标定孔顶端中心点在刀具标定器坐标系{K}中的三维位置坐标P
K
，转换到工具示踪器坐标系{T}中，得到标定孔顶端中心点在工具示踪器坐标系{T}...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪阳，房鹤，万安，崔小飞，田忠正，
申请(专利权)人：四川锋准机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：