[發明專利]一種骨科手術機器人降低操作誤差的方法

在審

• 申請號: 202011461982.6
• 申請日: 2020-12-09
• 公開（公告）號: CN112587237A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 蘆穎僖;侯禮春;朱江水
• 申請（專利權）人: 南京凌華微電子科技有限公司
• 主分類號: A61B34/30
• 分類號: A61B34/30;A61B34/00;A61B34/10;A61B34/20;G06F17/16;G06F17/13
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 郝偉揚

本發明公開了一種骨科手術機器人降低操作誤差的方法，涉及手術機器人領域，能夠利用誤差補償算法補償系統精度。本發明包括：建立手術機器人系統的各坐標系及之間的關系；計算工具坐標系、用戶坐標系相對于真實坐標系的變換矩陣，通過變換矩陣計算得到導航儀給出的相對坐標，求得變換矩陣的實際形式；通過微分運動矢量的一階全微分形式和誤差系數矩陣估計變換矩陣的實際形式，再利用變換矩陣的實際形式和變換矩陣的理論形式之間的關系，求得估計誤差，對估計誤差進行補償，消除系統誤差。

技術領域

本發明涉及手術機器人領域，尤其涉及一種骨科手術機器人降低操作誤差的方法。

背景技術

骨科手術機器人的工作方式與工業機器人相似，只需要將手術目標固定好并進行準確標定，就可以通過計算機編程方式對執行器的運動軌跡進行規劃，從而可以讓機械臂自動執行該規劃好的運動軌跡，從而完成相應的手術任務。

骨科機器人手術切割的系統誤差補償方法在實際操作中有很大意義。在手術進行過程中，影響手術精度的因素主要有兩個：機械臂運動誤差和導航儀測量誤差。由于系統由伺服電機編碼器和導航儀各自獲得了末端執行器位姿信息，這就涉及到信息融合問題，為提高系統精度和可靠性，需要進行系統誤差統一建模及自動補償。一般而言機器人作為串聯機構，其重復精度較高而絕對精度較低，可以用導航儀對機器人進行自動標定，使其在手術目標附近獲得較高的局部絕對精度，滿足手術需要。而影響導航儀測量精度的主要因素為標識體的姿態以及與攝像機之間的距離，某些特殊位姿會造成導航儀測量誤差很大。而且在不同的位姿和測量條件下兩路信息的置信度是不同的，各自的誤差分布特征也不盡相同。

發明內容

本發明提供一種骨科手術機器人降低操作誤差的方法，能夠利用誤差補償算法補償系統精度。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種骨科手術機器人降低操作誤差的方法，包括：

S1、建立手術機器人系統的工具坐標系、用戶坐標系、真實坐標系，及各坐標系之間的關系；

S2、計算工具坐標系、用戶坐標系分別相對于真實坐標系的變換矩陣，通過變換矩陣計算得到導航儀給出的相對坐標；

S3、考慮誤差因素，得到變換矩陣的實際形式；

S4、采用變換矩陣實的際形式和D(T^N)共同表示變換矩陣的理論形式，采用Δ_t表示相對于坐標系t的微分變換，結合變換矩陣的實際形式和變換矩陣的理論形式之間的關系，得到Δ_t的具體表達式。T^N為變換矩陣的理論形式，T為變換矩陣的實際形式，d(T^N)為T^N對時間的導數，用于計算暫態值。

S5、將Δ_t標記為微分運動矢量，通過微分運動矢量的一階全微分形式和誤差系數矩陣估計變換矩陣的實際形式，再利用變換矩陣的實際形式和變換矩陣的理論形式之間的關系，求得估計誤差；

S6、對所述估計誤差進行補償，消除系統誤差。

進一步的，在所述S1中，所述工具坐標系、用戶坐標系、真實坐標系之間的關系為：

其中，為手術機器人的變換矩陣，為工具坐標系矩陣，為導航儀采集的相對坐標；為基坐標系0相對于用戶坐標系U的變換矩陣，t表示用戶坐標系，u表示工具坐標系，7表示機器人具有7個自由度。

進一步的，在所述S3中，所述變換矩陣的實際形式為：