手术机器人的避障方法以及避障系统技术方案

本发明专利技术涉及一种手术机器人的避障方法以及避障系统

【技术实现步骤摘要】
手术机器人的避障方法以及避障系统


[0001]本专利技术涉及医疗手术
，特别是涉及手术机器人的避障方法以及避障系统
。

技术介绍

[0002]手术机器人在外科手术过程中能够辅助医生进行更精准的操作，其在进行手术之前大多需要先对手术过程中使用到的手术器械进行注册，例如用于神经外科手术的机器，需要对机械臂
、
推车车体等进行注册，从而规划机械臂的操作路径
。
现有的神经外科技术方案中，由于其内部包含有机械臂本身的模型以及推车车体的模型，且机械臂与推车车体模型相对位置不会变化且模型本身也不会发生变化，所以经过上述注册后可以做到机械臂与机械臂自身
、
机械臂与推车车体的避障
。
同时，在获得病人头颅模型后，并使用神经外科手术机器人完成注册后，可以获得头颅模型与机械臂之间的相对位置，从而确定头颅的位置
。
但是，因为头颅的装配是需要利用头架进行支撑，在实际操作时会存在机械臂与头架之间的操作障碍，导致机械臂触碰到头架
。

技术实现思路

[0003]基于此，有必要针对现有技术中进行手术时机械臂的移动容易与头架发生碰撞的技术问题，提供一种手术机器人避障方法
。
[0004]一种手术机器人避障方法，包括：获取安装有注册标记的头部固定组件的初始三维模型；其中，所述初始三维模型对所述安装有注册标记的头部固定组件进行扫描得到；将所述初始三维模型由影像坐标系映射至机器人坐标系，得到所述机器人坐标系下的目标三维模型；基于所述目标三维模型以及预设的障碍物模型，对所述手术机器人进行路径规划
。
[0005]上述的手术机器人避障方法，通过在头部固定组件上安装注册标记，当获知到影像坐标系中注册标记对应的坐标值，即可获得该头部固定组件在影像坐标系中的位置
。
当将影像坐标系映射至机器人坐标系中，即可得到该初始三维模型在机器人坐标系中的目标三维模型，从而得到目标三维模型在机器人坐标系中的位置
。
将机器人坐标系中预设的障碍物模型与映射后的目标三维模型结合，即可满足对机器人手术路径的规划
。
如此，即可在满足手术机器人的机械臂移动实施手术的同时，还可以对头部固定组件进行避障，减小对机械臂移动的碰撞，满足机械臂精准且稳定移动至入颅点，以进行手术操作
。
[0006]在其中一个实施例中，将所述初始三维模型由影像坐标系映射至机器人坐标系，得到所述机器人坐标系下的目标三维模型，包括：基于预设的注册方式，获取所述影像坐标系与所述机器人坐标系之间的转换矩阵；基于所述转换矩阵，将所述初始三维模型由所述影像坐标系映射至所述机器人坐标系，得到所述机器人坐标系下的目标三维模型
。
[0007]在其中一个实施例中，所述注册方式为接触式注册方式；基于预设的注册方式，获取所述影像坐标系与所述机器人坐标系之间的转换矩阵，包括：控制所述手术机器人的末端工具与所述注册标记进行接触，得到所述注册标记在所述机器人坐标系下的第一坐标；
以及，基于所述注册标记在所述初始三维模型中的位置，确定所述注册标记在所述影像坐标系下的第二坐标；基于所述第一坐标和所述第二坐标，得到所述影像坐标系与所述机器人坐标系之间的转换矩阵
。
[0008]在其中一个实施例中，所述注册方式为非接触式注册方式；基于预设的注册方式，获取所述影像坐标系与所述机器人坐标系之间的转换矩阵，包括：基于光学追踪设备，对所述手术机器人的末端安装的注册标记以及所述头部固定组件上的注册标记进行追踪，分别得到所述末端上的注册标记在光学追踪设备坐标系下的第一坐标以及所述头部固定组件上的注册标记在所述光学追踪设备坐标系下的第二坐标；基于所述第一坐标，得到所述机器人坐标系与所述光学追踪设备坐标系之间的第一转换矩阵；基于所述第二坐标，得到所述影像坐标系与所述光学追踪设备坐标系之间的第二转换矩阵；基于所述第一转换矩阵和所述第二转换矩阵，得到所述影像坐标系与所述机器人坐标系之间的转换矩阵
。
[0009]在其中一个实施例中，障碍物模型至少包括待检测对象的头部模型
、
所述手术机器人的机械臂模型以及所述手术机器人的推车模型
。
[0010]本专利技术还提供一种手术机器人的避障系统，能够在进行手术时对头架进行避障，从而避免机械臂与头架发生碰撞
。
[0011]一种手术机器人的避障系统，包括：用于固定待检测对象头部的头部固定组件
、
安装于所述头部固定组件的注册标记以及用于执行上述的手术机器人的避障方法的手术机器人
。
[0012]在其中一个实施例中，所述注册标记包括连接器和注册阵列；所述连接器的一端与所述注册阵列连接，另一端与所述头部固定组件可拆卸连接
。
[0013]在其中一个实施例中，所述连接器包括用于可拆卸连接于所述头部固定组件的固定座；所述固定座包括锁紧件以及相对设置的两个夹板，两个所述夹板之间构造有夹紧空间，所述头部固定组件的部分夹设于所述夹紧空间内，且两个所述夹板中的至少一者能够相对所述头部固定组件做靠近运动或远离运动；所述锁紧件用于将两个所述夹板相对所述头部固定组件锁紧
。
[0014]在其中一个实施例中，每个所述夹板均包括呈角度设置的长边和短边，且每个所述长边均构造有用于连接所述锁紧件的锁紧孔；其中一个所述夹板中的所述长边背离同组所述短边的一侧凸设有卡柱，另一个所述夹板的所述短边构造有安装槽；所述固定座还包括帽体，所述卡柱穿过所述安装槽与所述帽体锁紧
。
[0015]在其中一个实施例中，所述连接器还包括一端连接于所述固定座的连接臂；所述注册阵列包括连接于所述连接臂另一端的阵列架以及至少四个标记件，所述阵列架呈十字交叉结构，且所述阵列架的每个顶点均装配有所述标记件
。
附图说明
[0016]图1为本专利技术一实施例提供的手术机器人的避障方法的流程图；
[0017]图2为本专利技术一实施例提供的手术机器人的避障方法中通过接触式注册获取转换矩阵的流程图；
[0018]图3为本专利技术一实施例提供的手术机器人的避障方法中通过非接触式注册获取转换矩阵的流程图；
[0019]图4为本专利技术一实施例提供的手术机器人的避障系统中头部固定组件的示意图；
[0020]图5为本专利技术一实施例提供的手术机器人的避障系统中标记件的示意图；
[0021]图6为图5中提供的标记件的剖视图；
[0022]图7为本专利技术一实施例提供的手术机器人的避障系统中头部固定组件与注册标记配合的示意图；
[0023]图8为图7中提供的注册标记的示意图；
[0024]图9为图8中提供的注册标记中第一夹板的示意图；
[0025]图
10
为图8中提供的注册标记中第二夹板的示意图
。
[0026]附图标记：
10
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种手术机器人的避障方法，其特征在于，包括：获取安装有注册标记的头部固定组件的初始三维模型；其中，所述初始三维模型为对所述安装有注册标记的头部固定组件进行扫描得到；将所述初始三维模型由影像坐标系映射至机器人坐标系，得到所述机器人坐标系下的目标三维模型；基于所述目标三维模型以及预设的障碍物模型，对所述手术机器人进行路径规划
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述初始三维模型由影像坐标系映射至机器人坐标系，得到所述机器人坐标系下的目标三维模型，包括：基于预设的注册方式，获取所述影像坐标系与所述机器人坐标系之间的转换矩阵；基于所述转换矩阵，将所述初始三维模型由所述影像坐标系映射至所述机器人坐标系，得到所述机器人坐标系下的目标三维模型
。3.
根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述注册方式为接触式注册方式；基于预设的注册方式，获取所述影像坐标系与所述机器人坐标系之间的转换矩阵，包括：控制所述手术机器人的末端工具与所述注册标记进行接触，得到所述注册标记在所述机器人坐标系下的第一坐标；以及，基于所述注册标记在所述初始三维模型中的位置，确定所述注册标记在所述影像坐标系下的第二坐标；基于所述第一坐标和所述第二坐标，得到所述影像坐标系与所述机器人坐标系之间的转换矩阵
。4.
根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述注册方式为非接触式注册方式；基于预设的注册方式，获取所述影像坐标系与所述机器人坐标系之间的转换矩阵，包括：基于光学追踪设备，对所述手术机器人的末端安装的注册标记以及所述头部固定组件上的注册标记进行追踪，分别得到所述末端上的注册标记在光学追踪设备坐标系下的第一坐标以及所述头部固定组件上的注册标记在所述光学追踪设备坐标系下的第二坐标；基于所述第一坐标，得到所述机器人坐标系与所述光学追踪设备坐标系之间的第一转换矩阵；基于所述第二坐标，得到所述影像坐标系与所述光学追踪设备坐标系之间的第二转换矩阵；基于所述第一转换矩阵和所述第二转换矩阵，得到所述影像坐标系与所述机器人坐标系之间的转换矩阵
。5.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述障碍物模型至少包括待检测对象的头部模型
、
所述手术机器人的机械臂模型以及所述手术机器人的推车模型
。6.
一种手术机器人的避障系统，其特征在于，包括：头部固定组件
(100)
，用于固定待检测对象的头部；注册标记
(200)
，安装于所述头部固定组件
(100)
；手术机器人，用于执行权利要求1至5中任一项所述的手术机器人的避障方法
。7.
根据权利要求6所述的手术机器人的避障系统，其特征在于，所述注册标记
(200)
包括连接器
(24)
和注册阵列
(25)
；所述连接器
(24)
的一端与所述注册阵列
(25)
连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：张仕杰，
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：