末端工具位姿的实时修正方法、系统以及手术机器人技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种末端工具位姿的实时修正方法、系统以及手术机器人，该方法包括：在检测到记录信号时记录主动随动区的位姿与末端工具的位姿；在检测到位姿跟随信号时，将最新记录的所述主动随动区的位姿和末端工具的位姿之间的对应关系，作为末端工具与对应主动随动区之间的初始位姿对应关系；获取末端工具与对应主动随动区之间的初始位姿对应关系所对应的初始位姿偏移量；在检测到主动随动区的位姿发生变化时，获取主动随动区的对象位姿偏移量；根据初始位姿偏移量和对象位姿偏移量控制末端工具运动，使末端工具与主动随动区的位姿对应关系恢复至初始位姿对应关系。解决了手动调整末端工具位姿存在位姿调整准确性较低的问题。较低的问题。较低的问题。

【技术实现步骤摘要】
末端工具位姿的实时修正方法、系统以及手术机器人
[0001]本申请是申请号为202110778767.7的专利技术专利申请的分案申请，其原申请文件的申请日为2021年07月09日，专利技术名称为末端工具位姿的实时修正方法、系统以及手术机器人。


[0002]本专利技术实施例涉及医疗设备领域，尤其涉及一种末端工具位姿的实时修正方法、系统以及手术机器人。

技术介绍

[0003]全髋节置换术的目的是用关节假体替换病变的髋关节，手术的要求是假体的安装位姿应尽量精准，比如关节假体(即髋臼杯)的安装位置、外展角、前倾角，当然，实际情况还需根据病人的生理结构而定，通常由术前规划确定。
[0004]在实际的髋关节置换术中，为了将髋臼杯精准地打入髋臼窝，在打杯过程中，需要保持髋臼杯中心轴与髋臼窝(简称髋臼窝)中心轴是重合的。但在医生执行打杯操作时，髋臼杯与髋臼窝相互作用，髋臼窝因为髋臼杯的作用而发生位姿变化，从而使其与髋臼杯的中心轴不再是重合的。因此，为了保证打杯的准确性，需要在每次执行完打杯操作后，对髋臼杯进行位姿调整，使其调整后的中心轴与髋臼窝中心轴再次重合。
[0005]因此，现有技术中，医生仅能依靠临床经验手动调整末端工具的位姿来应对髋关节的位姿变化，位姿调整效率较低，而低下的位姿调整效率延长了髋关节置换术的整个手术时间。

技术实现思路

[0006]本专利技术实施例提供了一种末端工具位姿的实时修正方法、系统以及手术机器人，解决了现有技术中，医生仅能依靠临床经验手动调整末端工具的位姿来应对髋关节位姿变化的问题。
[0007]第一方面，本专利技术实施例提供了一种末端工具位姿的实时修正方法，包括：
[0008]获取末端工具与对应主动随动区之间的初始位姿对应关系所对应的初始位姿偏移量；
[0009]检测到所述主动随动区的位姿发生变化时，获取所述主动随动区的对象位姿偏移量，其中，所述对象位姿偏移量为所述主动随动区的当前位姿相对于所述初始位姿对应关系中的所述主动随动区的初始对象位姿的位姿偏移量；
[0010]根据所述初始位姿偏移量和所述对象位姿偏移量控制所述末端工具运动，以使末端工具与所述主动随动区的位姿对应关系恢复至所述初始位姿对应关系。
[0011]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种手术机器人，包括：
[0012]第一位姿获取装置，设置于目标对象上并与目标对象的主动随动区保持固定的对应关系，用于获取所述主动随动区的位姿；
[0013]第二位姿获取装置，设置于用于携带末端工具运动的机械臂上，用于获取所述末端工具的位姿；
[0014]控制器，用于获取末端工具与对应主动随动区之间的初始位姿对应关系；在检测到所述主动随动区的位姿发生变化时，获取所述主动随动区的对象位姿偏移量；根据所述初始位姿偏移量和所述对象位姿偏移量控制所述末端工具运动，以使末端工具与所述主动随动区的位姿对应关系恢复至所述初始位姿对应关系，其中，所述对象位姿偏移量为所述主动随动区的当前位姿相对于所述初始位姿对应关系中的所述主动随动区的初始对象位姿的位姿偏移量。
[0015]第三方面，本专利技术实施例还提供了一种末端工具位姿的实时修正系统，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时用于执行任意实施例所述的末端工具位姿的实时修正方法。
[0016]本专利技术实施例提供的一种末端工具位姿的实时修正方法的技术方案，相较于现有技术，获取末端工具与对应主动随动区之间的初始位姿对应关系所对应的初始位姿偏移量；在检测到主动随动区的位姿发生变化时，获取主动随动区的对象位姿偏移量；根据该初始位姿偏移量和对象位姿偏移量控制末端工具运动，使末端工具与主动随动区的位姿对应关系恢复至初始位姿对应关系；由于根据对象位姿偏移量和初始位姿对应关系所对应的初始位姿偏移量可确定末端工具的位姿调整量，根据该位姿调整量控制末端工具运动，即可使末端工具在该运动结束时完成跟随运动，届时其与主动随动区的位姿对应关系恢复至初始位姿对应关系，有助于提高末端工具位姿调整的效率和准确性，从而提高关节置换术的效率和成功率。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1是本专利技术一个实施例提供的一种末端工具位姿的实时修正方法的流程图；
[0019]图2是本专利技术一个实施例提供的手术机器人的示意图；
[0020]图3是本专利技术一个实施例提供的主动随动区的示意图；
[0021]图4是本专利技术一个实施例提供的机械臂与末端工具的关系示意图；
[0022]图5是本专利技术另一个实施例提供的手术机器人的结构框图；
[0023]图6是本专利技术另一个实施例提供的手术机器人的示意图。
具体实施方式
[0024]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本专利技术实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本专利技术的技术方案，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]图1是本专利技术一个实施例提供的一种末端工具位姿的实时修正方法的流程图。本
实施例的技术方案适用于控制手术机器人根据髋关节的位姿变化实时修正末端的位姿，从而将末端工具与髋臼窝之间的位姿对应关系恢复至初始位姿对应关系的情况。该方法可以由本专利技术实施例提供的手术机器人的控制器来执行，该控制器可以采用软件和/或硬件的方式实现。
[0026]如图2所示，为本专利技术一个实施例提供的手术机器人的示意图，该手术机器人包括设置于目标对象01髋关节的第一光学阵列11、设置在用于带动末端工具4运动的机械臂2的第二光学阵列12、设置在用于固定机械臂2的基座3的第三光学阵列13，以及连接该第一光学阵列11、第二光学阵列12和第三光学阵列13的控制器。机械臂2的末端用于安装末端工具，机械臂2可在控制器的控制下携带末端工具运动。控制器可设置在机器人主体结构内部，也可以为独立于机器人主体结构的处理器，例如，在机器人主体结构外单独设置的处理器、服务器或者计算机设备。
[0027]该方法具体包括如下步骤：
[0028]S101、获取末端工具与对应主动随动区之间的初始位姿对应关系所对应的初始位姿偏移量。
[0029]其中，主动随动区的范围可由用户根据具体情况和/或个人习惯预先进行设置，比如，主动随动区02可以仅包括图3中的锥形虚拟区域021；也可以同时包括图3中的锥形虚拟区域021及其上方预设范围内的圆柱形区域022，此时图3中的虚线上方的圆柱形区域022可以对应于手术对象的皮肤部分。主动随动区的姿态随着相应的目标手术区域的位姿变化而变化。本实施例以目标手本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种末端工具位姿的实时修正方法，其特征在于，包括：在检测到记录信号时记录主动随动区的位姿与末端工具的位姿；在检测到位姿跟随信号时，将最新记录的所述主动随动区的位姿和所述末端工具的位姿之间的对应关系，作为所述末端工具与对应主动随动区之间的初始位姿对应关系；获取末端工具与对应主动随动区之间的初始位姿对应关系所对应的初始位姿偏移量；在检测到所述主动随动区的位姿发生变化时，获取所述主动随动区的对象位姿偏移量；根据所述初始位姿偏移量和所述对象位姿偏移量控制所述末端工具运动，使所述末端工具与所述主动随动区的位姿对应关系恢复至所述初始位姿对应关系。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述末端工具为髋臼杯或髋臼锉；在所述末端工具为髋臼杯时，在检测到所述主动随动区的中心轴与所述末端工具的中心轴重合时自动生成所述记录信号；在所述末端工具为髋臼锉时，所述记录信号由用户在所述主动随动区的中心轴与所述末端工具的中心轴在非重合状态时输入。3.一种手术机器人，其特征在于，包括：第一姿态获取装置，设置于目标对象上并与目标对象的主动随动区保持固定的对应关系，用于获取所述主动随动区的位姿；第二姿态获取装置，设置于用于携带末端工具运动的机械臂上，用于获取所述末端工具的位姿；控制器，用于在检测到记录信号时记录主动随动区的位姿与末端工具的位姿；在检测到位姿跟随信号时，将最新记录的所述主动随动区的位姿和所述末端工具的位姿之间的对应关系，作为所述末端工具与对应主动随动区之间的初始对应关系；获取末端工具与对应主动随动区之间的初始位姿对应关系所对应的初始位姿偏移量；在检测到所述主动随动区的位姿发生变化时，获取所述主动随动区的对象位姿偏移量；根据所述初始位姿偏移量和所述对象位姿偏移量控制所述末端工具运动，使所述末端工具与所述主动随动区的位姿对应关系恢复至所述初始位姿对应关系。4.根据权利要求3所述的机器人，其特征在于，所述末端工具为髋臼杯或髋臼锉；在所述末端工具为髋臼杯时，所述记录信号由所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈龙，曾致贤，罗彩连，陈超民，谢强，
申请(专利权)人：武汉联影智融医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：