骨科手术机器人智能定位追踪方法、装置及电子设备与流程

1.本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种骨科手术机器人智能定位追踪方法、装置及电子设备。


背景技术：

2.骨科手术机器人是各种硬件和软件技术的结合。骨科手术机器人涉及到多种不同功能的台车，在骨科手术机器人工作过程中，多种不同功能的台车需要进行配合，因此，需要控制骨科手术机器人的台车进行摆位。各台车之间的连接线缆较多，在手术前布置繁琐，目前缺乏自动控制台车摆位的方法。


技术实现要素：

3.本发明提供一种骨科手术机器人智能定位追踪方法、装置及电子设备，用以解决实现骨科手术机器人的台车智能摆位。
4.本发明提供一种骨科手术机器人智能定位追踪方法，所述方法包括：
5.获取机械臂台车与手术床之间的位姿信息；
6.根据所述位姿信息和预设位姿阈值，确定所述机械臂台车的摆位参数；
7.根据所述机械臂台车的摆位参数，驱动所述机械臂台车移动至距离所述手术床的目标位置，以及调整所述机械臂台车的机械臂至与所述手术床的目标角度。
8.根据本发明提供的骨科手术机器人智能定位追踪方法，所述获取机械臂台车与手术床之间的位姿信息，包括：
9.获取导航台车发送的所述机械臂台车与所述手术床之间的位姿信息，所述位姿信息是所述导航台车对所述机械臂台车上的第一基准设备，以及所述手术床上的第二基准设备进行感应采集。
10.根据本发明提供的骨科手术机器人智能定位追踪方法，所述第一基准设备和所述第二基准设备均为光学反馈部件。
11.根据本发明提供的骨科手术机器人智能定位追踪方法，所述根据所述位姿信息和预设位姿阈值，确定所述机械臂台车的摆位参数，包括：
12.基于所述位姿信息，确定在同一坐标系下的机械臂台车坐标和手术床坐标；
13.基于所述机械臂台车坐标与所述手术床坐标之间的坐标差值，以及所述预设位姿阈值，确定所述机械臂台车的摆位参数。
14.根据本发明提供的骨科手术机器人智能定位追踪方法，还包括：
15.在所述坐标差值小于所述预设位姿阈值的情况下，确定所述机械臂台车位于所述目标位置，以及所述机械臂位于所述目标角度。
16.根据本发明提供的骨科手术机器人智能定位追踪方法，还包括：
17.在确定所述机械臂台车位于所述目标位置，以及所述机械臂位于所述目标角度后，将所述机械臂台车以及所述机械臂进行锁定。
18.本发明还提供一种骨科手术机器人智能定位追踪装置，所述装置包括：
19.获取模块，用于获取机械臂台车与手术床之间的位姿信息；
20.参数确定模块，用于根据所述位姿信息和预设位姿阈值，确定所述机械臂台车的摆位参数；
21.运动控制模块，用于根据所述机械臂台车的摆位参数，驱动所述机械臂台车移动至距离所述手术床的目标位置，以及调整所述机械臂台车的机械臂至与所述手术床的目标角度。
22.本发明还提供一种骨科手术机器人智能定位追踪系统，该系统包括机械台车、导航台车、主控台车；
23.所述导航台车，用于采集所述机械臂台车与手术床之间的位姿信息；
24.所述主控台车，分别与所述导航台车和所述机械臂台车通信连接，用于执行上述任一项所述的骨科手术机器人智能定位追踪方法，以实现驱动所述机械臂台车移动至距离手术床的目标位置，以及调整所述机械臂台车的机械臂至与所述手术床的目标角度。
25.本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述骨科手术机器人智能定位追踪方法。
26.本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述骨科手术机器人智能定位追踪方法。
27.本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述骨科手术机器人智能定位追踪方法。
28.本发明提供的骨科手术机器人智能定位追踪方法、装置及电子设备，通过获取机械臂台车与手术床之间的位姿信息，确定机械臂台车的摆位参数，进而驱动机械臂台车移动至距离手术床的目标位置，以及调整机械臂台车的机械臂至与所述手术床的目标角度，实现骨科手术机器人的台车智能摆位，全程不需要人工操作，对骨科手术机器人进行摆位。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
30.图1是本发明提供的骨科手术机器人智能定位追踪方法的流程示意图之一；
31.图2是本发明提供的骨科手术机器人的原理框图；
32.图3是本发明提供的骨科手术机器人的结构示意图；
33.图4是本发明提供的导航台车上导航模块的安装示意图；
34.图5是本发明提供的骨科手术机器人智能定位追踪方法的流程示意图之二；
35.图6是本发明提供的骨科手术机器人智能定位追踪装置的原理框图；
36.图7是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
37.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.下面结合图1-图7描述本发明的骨科手术机器人智能定位追踪方法、装置及电子设备。
39.如图1所示，本发明提供一种骨科手术机器人智能定位追踪方法，所述方法包括：
40.步骤110、获取机械臂台车与手术床之间的位姿信息。
41.可以理解的是，如图2和图3所示，骨科手术机器人包含有机械臂台车220和主控台车210，本发明提供的方法由主控台车210执行。
42.主控台车210包含有控制处理器、输入输出通信线缆、电源线和显示器。控制处理器上设置有算法软件，以执行本发明提供的方法，控制处理器通过输入输出通信先来拿与机械臂台车220通信连接，主控台车210可以通过显示器显示机械臂台车220和手术床240的位置。
43.机械臂台车220设置有自主识别路线的磁感传感器，和智能化的电机驱动及转向机构。
44.机械臂台车220与手术床240之间的位姿信息可以包括机械臂台车220与手术床240之间的距离，机械臂台车220相对于手术床240的方位，以及机械臂台车220的机械臂与手术床240之间的距离和机械臂相对于手术床240方位。
45.进一步，机械臂台车220上的机械臂用于支撑工具系统和调整机械臂对应预设工具位姿，机械臂末端设置有执行工具的耦合件，机械臂末端与执行工具之间通过耦合件连接，机械臂的初始姿态均在手术前调整完毕。
46.步骤120、根据所述位姿信息和预设位姿阈值，确定所述机械臂台车220的摆位参数。
47.可以理解的是，将位姿信息与预设位姿阈值进行比较，确定位置信息与预设位姿阈值之间的差值，确定机械臂台车220的摆位参数。
48.进一步，位姿阈值包括第一距离阈值、第二距离阈值、第一方位阈值和第二方位阈值。
49.将机械臂台车220与手术床240之间的距离，与第一距离阈值进行比较，确定两者之间的差值为第一距离差值；将机械臂与手术床240之间的距离，与第二距离阈值进行比较，确定两者之间的差值为第二距离差值。
50.将机械臂台车220相对于手术床240的方位，与第一方位阈值进行比较，确定两者之间的方位差值为第一方位差值；将机械臂相对于手术床240的方位，与第二方位阈值进行比较，确定两者之间的方位差值为第二方位差值。
51.基于第一距离差值和第一方位差值可以确定第一摆位参数，第一摆位参数用于控制机械台车的运行轨迹。基于第二距离差值和第二方位差值可以确定第二摆位参数，第二摆位参数用于控制机械臂的运行轨迹。
52.步骤130、根据所述机械臂台车220的摆位参数，驱动所述机械臂台车220移动至距
离所述手术床240的目标位置，以及调整所述机械臂台车220的机械臂至与所述手术床240的目标角度。
53.可以理解的是，基于上述的第一摆位参数驱动机械臂台车220移动至距离手术床240的目标位置，在驱动机械臂台车220移动至目标位置后，基于上述的第二摆位参数调整，调整机械臂至与手术床240的目标角度。
54.在一些实施例中，所述获取机械臂台车220与手术床240之间的位姿信息，包括：
55.获取导航台车230发送的所述机械臂台车220与所述手术床240之间的位姿信息，所述位姿信息是所述导航台车230对所述机械臂台车220上的第一基准设备(图中未示出)，以及所述手术床240上的第二基准设备(250)进行感应采集。
56.可以理解的是，骨科手术机器人还包含有导航台车230，机械臂台车220和导航台车230均与主控台车210通信连接，进一步，机械臂台车220与主控台车210之间可以通过线缆通信连接或者无线通信相连接，导航台车230与主控台车210之间可以通过线缆通信连接或者无线通信连接。
57.如图4所示，导航台车230包含有结构架232和导航模块231，导航模块231固定在结构架232上，导航模块231用于采集机械臂台车220与手术床240之间的位姿信息。
58.导航台车230采集机械臂台车220与手术床240之间的位姿信息后将位姿信息发送至主控台车210。
59.导航台车230上设置有跟踪系统，通过跟踪系统采集第一基准设备和第二基准设备250的反馈信号，基于第一基准设备和第二基准设备250的反馈信号确定机械臂台车220与手术床240之间的位姿信息。
60.在一些实施例中，所述第一基准设备和所述第二基准设备250均为光学反馈部件。
61.可以理解的是，导航台车230上设置的跟踪系统是光学跟踪系统，光学跟踪系统可以通过信号线缆将机械臂台车220与手术床240之间的位姿信息，反馈给主控台车210，由主控台车210进行对比计算，直至机械臂台车220以及机械臂与预设的位姿吻合。
62.在一些实施例中，所述根据所述位姿信息和预设位姿阈值，确定所述机械臂台车220的摆位参数，包括：
63.基于所述位姿信息，确定在同一坐标系下的机械臂台车220坐标和手术床240坐标；
64.基于所述机械臂台车220坐标与所述手术床240坐标之间的坐标差值，以及所述预设位姿阈值，确定所述机械臂台车220的摆位参数。
65.可以理解的是，可以将机械臂台车220与手术床240之间的位姿信息转化为机械臂坐标系下的机械臂台车220坐标和手术床240坐标，该坐标系可以是以机械臂中心为坐标原点，机械臂的长度方向为横轴方向，与机械臂长度方向垂直的方向为纵轴方向。
66.在机械臂坐标系下，基于机械臂台车220横坐标与手术床240横坐标的差值，以及第一预设位姿阈值，确定机械臂台车220在横轴方向对应的摆位参数，基于横轴方向对应的摆位参数，对机械臂台车220在横轴方向的运行进行控制，使得机械臂台车220横坐标与手术床240横坐标的差值小于第一预设位姿阈值。
67.基于机械臂台车220纵坐标与手术床240纵坐标的差值，以及第二预设位姿阈值，确定机械臂台车220在纵轴方向对应的摆位参数，基于纵轴方向对应的摆位参数，对机械臂
台车220在纵轴方向的运行进行控制，使得机械臂台车220纵坐标与手术床240纵坐标的差值小于第二预设位姿阈值。
68.在一些实施例中，骨科手术机器人智能定位追踪方法，还包括：
69.在所述坐标差值小于所述预设位姿阈值的情况下，确定所述机械臂台车220位于所述目标位置，以及所述机械臂位于所述目标角度。
70.可以理解的是，机械臂台车220横坐标与手术床240横坐标的差值小于第一预设位姿阈值，且机械臂台车220纵坐标与手术床240纵坐标的差值小于第二预设位姿阈值时，可以确定机械臂台车220位于目标位置，以及机械臂位于目标角度。
71.在一些实施例中，骨科手术机器人智能定位追踪方法，还包括：
72.在确定所述机械臂台车220位于所述目标位置，以及所述机械臂位于所述目标角度后，将所述机械臂台车220以及所述机械臂进行锁定。
73.可以理解的是，在确定机械臂台车220位于所述目标位置，以及机械臂位于目标角度后，将机械臂台车220以及机械臂进行锁定，也即是将机械臂台车220以及机械臂进行固定，避免机械臂在后续工作过程中出现抖动。
74.在另一些实施例中，骨科手术机器人智能定位追踪方法的流程图如图5所示，导航台车230机械臂台车220与手术床240之间的位姿信息并将位姿信息发送至主控台车210，主控台车210根据所述位姿信息和预设位姿阈值生成摆位参数，并将摆位参数发送至机械臂台车220，控制机械臂台车220移动以及控制机械臂摆动，直至机械臂台车220达到预定空间位置且机械臂到达目标角度后，将机械臂和机械臂台车220锁定。
75.综上所述，本发明提供的骨科手术机器人智能定位追踪方法，包括：获取机械臂台车220与手术床240之间的位姿信息；根据所述位姿信息和预设位姿阈值，确定所述机械臂台车220的摆位参数；根据所述机械臂台车220的摆位参数，驱动所述机械臂台车220移动至距离所述手术床240的目标位置，以及调整所述机械臂台车220的机械臂至与所述手术床240的目标角度。
76.在本发明提供的骨科手术机器人智能定位追踪方法中，通过获取机械臂台车220与手术床240之间的位姿信息，确定机械臂台车220的摆位参数，进而驱动机械臂台车220移动至距离手术床240的目标位置，以及调整机械臂台车220的机械臂至与所述手术床240的目标角度，实现骨科手术机器人的台车智能摆位，全程不需要人工操作，对骨科手术机器人进行摆位。
77.下面对本发明提供的骨科手术机器人智能定位追踪装置进行描述，下文描述的骨科手术机器人智能定位追踪装置与上文描述的骨科手术机器人智能定位追踪方法可相互对应参照。
78.如图6所示，本发明还提供一种骨科手术机器人智能定位追踪装置，所述装置包括：
79.获取模块600，用于获取机械臂台车220与手术床240之间的位姿信息；
80.参数确定模块610，用于根据所述位姿信息和预设位姿阈值，确定所述机械臂台车220的摆位参数；
81.运动控制模块，用于根据所述机械臂台车220的摆位参数，驱动所述机械臂台车220移动至距离所述手术床240的目标位置，以及调整所述机械臂台车220的机械臂至与所
述手术床240的目标角度。
82.本发明还提供一种骨科手术机器人智能定位追踪系统，该系统包括图2和图3所示的机械台车、导航台车230、主控台车210；
83.所述导航台车230，用于采集所述机械臂台车220与手术床240之间的位姿信息；
84.所述主控台车210，分别与所述导航台车230和所述机械臂台车220通信连接，用于执行上述任一项所述的骨科手术机器人智能定位追踪方法，以实现驱动所述机械臂台车220移动至距离手术床240的目标位置，以及调整所述机械臂台车220的机械臂至与所述手术床240的目标角度。
85.下面对本发明提供的电子设备、计算机程序产品及存储介质进行描述，下文描述的电子设备、计算机程序产品及存储介质与上文描述的骨科手术机器人智能定位追踪方法可相互对应参照。
86.图7示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图7所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)710、通信接口(communications interface)720、存储器(memory)730和通信总线740，其中，处理器710，通信接口720，存储器730通过通信总线740完成相互间的通信。处理器710可以调用存储器730中的逻辑指令，以执行骨科手术机器人智能定位追踪方法，该方法包括：
87.获取机械臂台车220与手术床240之间的位姿信息；
88.根据所述位姿信息和预设位姿阈值，确定所述机械臂台车220的摆位参数；
89.根据所述机械臂台车220的摆位参数，驱动所述机械臂台车220移动至距离所述手术床240的目标位置，以及调整所述机械臂台车220的机械臂至与所述手术床240的目标角度。
90.此外，上述的存储器730中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
91.另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的骨科手术机器人智能定位追踪方法，该方法包括：
92.获取机械臂台车与手术床之间的位姿信息；
93.根据所述位姿信息和预设位姿阈值，确定所述机械臂台车的摆位参数；
94.根据所述机械臂台车的摆位参数，驱动所述机械臂台车移动至距离所述手术床的目标位置，以及调整所述机械臂台车的机械臂至与所述手术床的目标角度。
95.又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的骨科手术机器人智能定位追踪方法，该方法包括：
96.获取机械臂台车与手术床之间的位姿信息；
97.根据所述位姿信息和预设位姿阈值，确定所述机械臂台车的摆位参数；
98.根据所述机械臂台车的摆位参数，驱动所述机械臂台车移动至距离所述手术床的目标位置，以及调整所述机械臂台车的机械臂至与所述手术床的目标角度。
99.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
100.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
101.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。