一种手术机器人空间定位方法技术

本发明专利技术提供了一种手术机器人空间定位方法，该方法包括以下步骤：根据固定在机械臂前端的转接器上的定位器和参考架在空间定位仪坐标系下的坐标，得到定位器坐标系和参考架坐标系之间的变换；通过标定获得固定在机械臂前端的转接器上的定位器坐标系和机械臂前端坐标系之间的变换；通过机械臂前端坐标系和机械臂坐标系之间的变换，以及上述两个变换，确定机械臂坐标系与参考架坐标系之间的变换。机械臂坐标系与参考架坐标系之间的变换。机械臂坐标系与参考架坐标系之间的变换。

【技术实现步骤摘要】
一种手术机器人空间定位方法


[0001]本专利技术涉及医疗设备
，尤其涉及手术机器人的空间定位方法。

技术介绍

[0002]手术机器人作为一种医学辅助定位设备，能够为医生提供准确的术中定位，有效弥补了传统神经外科手术方式的不足，提高了手术质量。从临床应用情况可以看出，手术机器人的核心是使用图像对手术器械进行定位和引导，因此，手术机器人与图像引导空间的定位的精度、稳健性和便捷性直接影响了手术机器人的性能。
[0003]机械臂是手术机器人的核心部件，机械臂定位的准确与否直接决定了手术机器人的精准性。在机械臂定位的过程中，一般会涉及到空间位置关系的变换，也就是说需要在以参考架为基准坐标系的空间位置与机械臂空间位置建立空间关系。这样，机械臂通过移动到达由空间变换关系确定的位置，从而可以完成手术机器人后续的工作。因此，空间变换对机器人的定位技术起着至关重要的作用，直接影响到手术机器人的工作质量。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种手术机器人空间定位方法。
[0005]本专利技术的技术方案是：通过空间定位仪建立参考架坐标系和定位器坐标系之间的空间关系，结合定位器坐标与机械臂前端坐标系的变换关系、机械臂前端坐标系与机械臂坐标系的变换关系，确定参考架坐标系与机械臂坐标系的变换。空间变换过程示意图见图2。
[0006]本专利技术方法通过下述步骤实现。
[0007]1.参考架坐标系到定位器坐标系的变换T
refference2locator
。r/>[0008]首先，通过空间定位仪建立世界坐标系。
[0009]将参考架坐标系定义为基准坐标系，在整个变换的过程中，参考架需要保持静止。参考架上安装4个可以被空间定位仪跟踪识别的反光球。通过空间定位仪的实时跟踪，可以获得参考架坐标系，也就是基准坐标系，到世界坐标系的变换T
refference2world
。
[0010]安装在转换器上的定位器建立定位器坐标系。定位器上安装4个可以被空间定位仪跟踪识别的反光球。通过空间定位仪的实时跟踪，可以获得世界坐标系到定位器坐标系的变换T
world2locator
。
[0011]这样，通过空间定位仪就可以获得参考架坐标系到定位器坐标系的变换
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(1)2. 定位器坐标系到机械臂前端坐标系的变换T
locator2front
。
[0012]转换器是安装在机械臂前端的组件，转换器与机械臂前端贴合的面可以建立一个坐标系，同时该坐标系与机械臂前端建立的坐标系完全重合。
[0013]通过点配准的方法对定位器坐标系到机械臂前端坐标系的变换进行计算。具体步骤如下：
（1）首先，计算指定的4个以上不共面的点在机械臂前端坐标系下的坐标；（2）然后，通过空间定位仪对定位器的跟踪，获得与步骤（1）中同样的点在定位器坐标系下的坐标；（3）最后，通过点配准的方法将这两组点进行配准，这个得到的变换即为定位器坐标系到机械臂前端坐标系的变换T
locator2front
。
[0014]3、机械臂前端坐标系到机械臂坐标系的变换T
front2robot
。
[0015]通过机械臂的数据接口，获得机械臂前端坐标系到机械臂坐标系的变换T
front2robot
。
[0016]4、参考架坐标系到机械臂坐标系的变换T
refference2robot
。
[0017]通过步骤1、2、3获得变换就可以得到参考架坐标系到机械臂坐标系的变换
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(2)。
附图说明
[0018]为了更清楚的说明本专利技术的技术方案，下面对技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。
[0019]图1为本申请专利技术的手术机器人空间定位方法的流程图。
[0020]图2为本申请专利技术的空间变换示意图。
具体实施方式
[0021]本专利技术提供了一种手术机器人空间定位方法，结合具体实例进一步阐述该方法。
[0022]手术机器人主要是通过术前CT/MRI图像建立图像引导空间，然后与真实病人空间进行匹配。这样在真实病人空间的操作就可以实时的反应在图像引导空间中。同时，通过图像引导空间建立的手术机器人运动路径，就可以通过空间变换直接驱动手术机器人的机械臂进行空间定位。
[0023]具体实施如下：（1）利用术前的CT/MRI图像建立图像引导空间；（2）将参考架固定在真实病人的头架上建立真实病人空间，即参考架坐标系；（3）完成图像引导空间与真实病人空间的空间配准；以下是本专利技术提供的技术方案，（4）完成步骤（3）的同时，计算定位器坐标系与参考架坐标系之间的变换；（5）根据事先标定好的定位器坐标系与机械臂前端坐标系之间的变换关系，结合机械臂前端坐标系与机械臂坐标系之间的变换关系，计算得到机械臂坐标系与参考架坐标系之间的变换关系；（6）结合步骤（3）图像引导空间与真实病人空间，也就是参考架坐标系，之间的变换关系，建立图像引导空间与机械臂空间的变换。
[0024]根据上述具体实施得到的变换具体应用如下：（1）在图像引导空间中建立一条规划路径，明确路径的起点、终点；（2）通过上述实施步骤（6）中得到的变换，计算出在机械臂坐标系下的起点、终点以及机械臂前端的方向；
（3）按照步骤（2）得到的起点、终点及机械臂前端的方向驱动机械臂运动。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种手术机器人空间定位方法，其特征是通过固定在机械臂前端的带有定位器的转接器，建立机械臂与参考架之间的联系，利用空间定位仪，获得参考架坐标系到机械臂坐标系的变换T
refference2robot
。2.根据权利要求1所述，首先通过空间定位仪建立世界坐标系，转接器上的定位器和参考架均可以被空间定位仪跟踪到，这样可以通过空间定位仪建立定位器坐标系和参考架坐标系之间的联系，获得参考架坐标系到定位器坐标系的变换T
...

【专利技术属性】
技术研发人员：安涌，刘东麟，
申请(专利权)人：上海复旦数字医疗科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：