一种机器人手术路径规划装置及其规划方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种机器人手术路径规划装置，包括：第一特征环、第二特征环和第一特征杆，均采用可在X光下显影的金属材质制成，分别设置在第一特征分布结构的第一连接臂上；第三特征环、第四特征环和第二特征杆，均采用可在X光下显影的金属材质制成，分别设置在第二特征分布结构的第四连接臂上；第一特征环和第二特征环同轴设置，第一特征杆的所处平面与第二特征环/第一特征环的所处平面共面；第三特征环和第四特征环同轴设置，第二特征杆的所处平面与第三特征环/第四特征环的所处平面共面。本发明专利技术的机器人手术路径规划装置在精度、易用性、实用性、成本控制、安全性方面均有良好表现，具有较高的市场价值。具有较高的市场价值。具有较高的市场价值。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人手术路径规划装置及其规划方法


[0001]本专利技术涉及医疗机器人
，具体的涉及一种机器人手术路径规划装置及其规划方法。

技术介绍

[0002]随着机器人医疗技术的日益发展，人体手术对医师的操作精度要求越来越高，人类由于自身条件限制无法手动开展高精度的手术，因此具有高精度，高灵敏度和高稳定性的设备变得非常具有实际意义。
[0003]以骨科定位机器人为例。骨科定位机器人的难点在于非直视，无法采用视觉定位等方式直接导航机器人定位，通常采用透视影像如O型臂、C型臂进行术中定位。采用O型臂定位如北京天智航医疗科技股份有限公司的天玑手术机器人，采用O型臂的三维透视数据在术中实现手术路径的规划，但是O型臂价格昂贵，除三甲医院外极少数医院配备O型臂，因此难以普及。采用C型臂定位如苏州铸正机器人有限公司的佐航100、佐航300机器人，采用C臂影像结合特有的机器人双圆环末端实现手术通道定位，只需一张片子即可完成定位，但是其主要针对脊柱通道的制定，难以进行骨盆复位等手术中的大角度通道定位。另一种基于C臂影像的立体XSpot标记点导航技术，采用多个特征点构成两个特征平面，实现C型臂的标定以及投影模型的建立，进而实现手术定位，但是其需要在人体身上安装标记点，对人体造成二次伤害，且Xspot体积过大，在使用中受到C臂视野的限制，极为不便。
[0004]因此，本专利技术所要解决的技术问题包括：
[0005]1、如何采用C臂的二维图像进行三维空间导航。C臂拍摄的是X光二维图像，不包含深度信息，医生如何完成手术通道的确定，是本专利技术需要解决的第一个技术难点。
[0006]2、如何保证该路径规划装置的简洁性。在临床手术中，受到患者、手术床、医生以及各种设备器材的干扰，机器人的操作空间十分有限，如何在这有限的空间内，在不干扰医生其他操作的情况下，实现手术通道的定位，是本专利技术需要解决的第二个技术难点。
[0007]3、如何将医生规划的手术通道映射到机器人空间下，完成机器人运动导航，这是本专利技术要解决的第三个技术难点。
[0008]4、如何实现路径规划装置的自动识别、姿态计算，是本专利技术要解决的第四个技术难点。
[0009]5、如何精确确定手术通道穿刺深度是本专利技术要解决的第五个技术难点。
[0010]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0011]本专利技术提出一种机器人手术路径规划装置，采用动态平面方法。在C型臂下分别拍摄正、侧位图像，通过比例系数来计算运动角度，通常情况下只需两张图即可完成手术路径的定位，操作简单实用，精度高，便于在各中小型医院推广，让偏远医院也能享受到医疗机器人所带来的便捷。
[0012]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0013]一种机器人手术路径规划装置，包括：
[0014]末端连接法兰，连接机器人的机械臂末端；
[0015]手术路径定位平台，连接在所述末端连接法兰上；
[0016]第一特征分布结构，采用可被X光穿透的非金属材质制成，与所述手术路径定位平台连接；
[0017]第二特征分布结构，采用可被X光穿透的非金属材质制成，与所述末端连接法兰连接；
[0018]第一特征环、第二特征环和第一特征杆，均采用可在X光下显影的金属材质制成，分别设置在第一特征分布结构的第一连接臂上；
[0019]第三特征环、第四特征环和第二特征杆，均采用可在X光下显影的金属材质制成，分别设置在第二特征分布结构的第四连接臂上；
[0020]所述的第一特征环和第二特征环同轴设置，所述第一特征杆的所处平面与所述第二特征环/第一特征环的所处平面共面；
[0021]所述的第三特征环和第四特征环同轴设置，所述第二特征杆的所处平面与所述第三特征环/第四特征环的所处平面共面。
[0022]作为本专利技术的可选实施方式，手术路径定位平台上设置手术导向孔；
[0023]所述第一特征环的中心和第二特征环的中心的连线与所述手术导向孔的中心轴线垂直，所述第一特征杆的轴线与所述手术导向孔的中心轴线平行；
[0024]所述第三特征环的中心和第四特征环的中心的连线与所述手术导向孔的中心轴线垂直，所述第二特征杆的轴线与所述手术导向孔的中心轴线平行。
[0025]作为本专利技术的可选实施方式，所述第一特征环与第二特征环的形状和/或直径不同，用于在X光下具有不同的显影从而识别出第一特征环的中心与第二特征环的中心；
[0026]所述第三特征环与第四特征环的形状和/或直径不同，用于在X光下具有不同的显影从而识别出第三特征环的中心与第四特征环的中心。
[0027]作为本专利技术的可选实施方式，所述的第一连接臂包括第一连接结构和与所述第一连接结构相连的第一定位结构和第二定位结构，所述第一定位结构和第二定位结构同轴相对设置，所述第一特征环设置在所述第一定位结构上，所述第二特征环设置在所述第二定位结构上，所述第一特征杆设置在所述第一连接结构上；
[0028]所述第四连接臂包括第四连接结构和与所述第四连接结构相连的第三定位结构和第四定位结构，所述第三定位结构和第四定位结构同轴相对设置，所述第三特征环设置在所述第三定位结构上，所述第四特征环设置在所述第四定位结构上，所述第二特征杆设置在所述第四连接结构上。
[0029]作为本专利技术的可选实施方式，所述手术路径定位平台包括第一手术路径定位平台和第二手术路径定位平台，所述手术导向孔设置在所述第一手术路径定位平台上；
[0030]所述第一特征分布结构包括第一连接臂和第二连接臂，所述第二连接臂的一端与所述第一连接臂垂直，二者可滑动连接，所述的第二连接臂的另一端与所述第一手术路径定位平台固定连接、所述第一手术路径定位平台与所述第二手术路径定位平台固定连接，所述第二手术路径定位平台与所述末端连接法兰通过滑块可滑动连接；
[0031]所述第二特征分布结构包括第三连接臂和第四连接臂，所述第三连接臂的一端与所述第四连接臂垂直，二者可滑动连接，所述第三连接臂的另一端与所述末端连接法兰固定连接。
[0032]作为本专利技术的可选实施方式，所述末端连接法兰上设有连接滑轨，所述第二手术路径定位平台上的滑块与所述连接滑轨匹配连接；
[0033]所述第三连接臂与所述末端连接法兰设置在所述连接滑轨的同侧，与所述连接滑轨固定连接。
[0034]作为本专利技术的可选实施方式，所述第一手术路径定位平台上设有第一滑动结构，用以带动所述第二连接臂在第一方向旋转；
[0035]所述第二手术路径定位平台上设有第二滑动结构，用以带动第二连接臂在第二方向旋转；
[0036]所述第一方向旋转的轴线和所述第二方向旋转的轴线相互垂直。
[0037]一种如上所述机器人手术路径规划装置的规划方法，包括：
[0038]将X光机的接收端调整至正位，将所述机器人手术路径规划装置的所述第三特征环、第四特征环、第二特征杆调整至X光机于手术区域之间，并使所述第三特征环和第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人手术路径规划装置，其特征在于，包括：末端连接法兰，连接机器人的机械臂末端；手术路径定位平台，连接在所述末端连接法兰上；第一特征分布结构，采用可被X光穿透的非金属材质制成，与所述手术路径定位平台连接；第二特征分布结构，采用可被X光穿透的非金属材质制成，与所述末端连接法兰连接；第一特征环、第二特征环和第一特征杆，均采用可在X光下显影的金属材质制成，分别设置在第一特征分布结构的第一连接臂上；第三特征环、第四特征环和第二特征杆，均采用可在X光下显影的金属材质制成，分别设置在第二特征分布结构的第四连接臂上；所述的第一特征环和第二特征环同轴设置，所述第一特征杆的所处平面与所述第二特征环/第一特征环的所处平面共面；所述的第三特征环和第四特征环同轴设置，所述第二特征杆的所处平面与所述第三特征环/第四特征环的所处平面共面。2.根据权利要求1所述的一种机器人手术路径规划装置，其特征在于，手术路径定位平台上设置手术导向孔；所述第一特征环的中心和第二特征环的中心的连线与所述手术导向孔的中心轴线垂直，所述第一特征杆的轴线与所述手术导向孔的中心轴线平行；所述第三特征环的中心和第四特征环的中心的连线与所述手术导向孔的中心轴线垂直，所述第二特征杆的轴线与所述手术导向孔的中心轴线平行。3.根据权利要求1或2任一所述的一种机器人手术路径规划装置，其特征在于，所述第一特征环与第二特征环的形状和/或直径不同，用于在X光下具有不同的显影从而识别出第一特征环的中心与第二特征环的中心；所述第三特征环与第四特征环的形状和/或直径不同，用于在X光下具有不同的显影从而识别出第三特征环的中心与第四特征环的中心。4.根据权利要求1所述的一种机器人手术路径规划装置，其特征在于，所述的第一连接臂包括第一连接结构和与所述第一连接结构相连的第一定位结构和第二定位结构，所述第一定位结构和第二定位结构同轴相对设置，所述第一特征环设置在所述第一定位结构上，所述第二特征环设置在所述第二定位结构上，所述第一特征杆设置在所述第一连接结构上；所述第四连接臂包括第四连接结构和与所述第四连接结构相连的第三定位结构和第四定位结构，所述第三定位结构和第四定位结构同轴相对设置，所述第三特征环设置在所述第三定位结构上，所述第四特征环设置在所述第四定位结构上，所述第二特征杆设置在所述第四连接结构上。5.根据权利要求2所述的一种机器人手术路径规划装置，其特征在于，所述手术路径定位平台包括第一手术路径定位平台和第二手术路径定位平台，所述手术导向孔设置在所述第一手术路径定位平台上；所述第一特征分布结构包括第一连接臂和第二连接臂，所述第二连接臂的一端与所述第一连接臂垂直，二者可滑动连接，所述的第二连接臂的另一端与所述第一手术路径定位
平台固定连接、所述第一手术路径定位平台与所述第二手术路径定位平台固定连接，所述第二手术路径定位平台与所述末端连接法兰通过滑块可滑动连接；所述第二特征分布结构包括第三连接臂和第四连接臂，所述第三连接臂的一端与所述第四连接臂垂直，二者可滑动连接，所述第三连接臂的另一端与所述末端连接法兰固定连接。6.根据权利要求5所述的一种机器人手术路径规划装置，其特征在于，所述末端连接法兰上设有连接滑轨，所述第二手术路径定位平台上的滑块与所述连接滑轨匹配连接；所述第三连接臂与所述末端连接法兰设置在所述连接滑轨的同侧，与所述连接滑轨固定连接。7.根据权利要求5所述的一种机器人手术路径规划装置，其特征在于，所述第一手术路径定位平台上设有第一滑动结构，用以带动所述第二连接臂在第一方向旋转；所述第二手术路径定位平台上设有第二滑动结构，用以带动第二连接臂在第二方向旋转；所述第一方向旋转的轴线和所述第二方向旋转的轴线相互垂直。8.一种机器人手术路径规划方法，使用如权利要求1
‑
7任意一项所述的机器人手术路径规划装置，其特征在于，包括：将X光机的接收端调整至正位，将所述机器人手术路径规划装置的所述第三特征环、第四特征环、第二特征杆调整至X光机于手术区域之间，并使所述第三特征环和第四特征环与所述X光机平行；通过X光机拍摄X光影像，识别出X光影像上第三特征环、第四特征环、第二特征杆的显影，在X光影像上选取手术规划...

【专利技术属性】
技术研发人员：季旭全，吴晓君，章永宏，杨标，张坚，刘洪升，
申请(专利权)人：苏州铸正机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：