[發(fā)明專利]基于多軸修復(fù)軟骨的軌跡規(guī)劃方法

在審

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• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN112976581A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐倩;馮琪翔;郭伏雨;張志豪;曹糧玉
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: B29C64/386
• 分類號: B29C64/386;G06T17/00;B33Y50/00
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11129
• 代理人: 胡博文

1.一種基于多軸修復(fù)軟骨的軌跡規(guī)劃方法，其特征在于：所述方法包括如下步驟：

S1：確定待修復(fù)軟骨損傷部位的三維模型；

S2：根據(jù)損傷部位的三維模型確定多自由度關(guān)節(jié)式機(jī)器人的噴頭軌跡；

S3：通過噴頭軌跡，確定多自由度關(guān)節(jié)式機(jī)器人的打印軌跡；

S4：根據(jù)多自由度關(guān)節(jié)式機(jī)器人的打印軌跡，修復(fù)軟骨的損傷部位。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于多軸修復(fù)軟骨的軌跡規(guī)劃方法，其特征在于：所述步驟S1包括：利用醫(yī)學(xué)CT掃描人體損傷軟骨和正常軟骨得到DICOM格式影像圖，通過DICOM格式影像圖生成軟骨三維模型，通過損傷軟骨和正常軟骨三維模型的對比獲得軟骨損傷部位的三維模型，得到軟骨損傷部位的三維模型的STL文件。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于多軸修復(fù)軟骨的軌跡規(guī)劃方法，其特征在于：所述步驟S2包括：

S21：從STL文件中提取頂點(diǎn)、面和三角形面片單位法向量的信息，并分別存儲在集合V、F和N中：

V＝{v₁,v₂,v₃,…,v_m}，v_m＝{v_mx,v_my,v_mz}，其中，V表示STL文件中所有頂點(diǎn)的集合，v_m代表點(diǎn)xyz信息的集合；

F＝{f₁,f₂,f₃,…,f_m}，f_m＝{v_m1,v_m2,v_m3}，其中，F(xiàn)表示STL文件中所有面的集合，f_m代表第m個(gè)面包含的頂點(diǎn)集合；

N＝{n₁,n₂,n₃,…,n_m}，其中，N表示STL文件中所有三角形面片單位法向量的集合；

S22：集合V中頂點(diǎn)V_w的x、y坐標(biāo)的范圍在XOY坐標(biāo)系生成投影，然后根據(jù)投影生成投影參考平面，其中，w＝1,2,3…m表示正整數(shù)；

其中，參考平面中x、y范圍如下所示：

min(x)-d≤x≤max(x)+d，min(y)-d≤y≤max(y)+d，其中，d表示一個(gè)使參考平面的大小大于投影部分的大小的正變量；

S23：在投影參考平面上，生成噴頭移動(dòng)的平面軌跡，并將軌跡點(diǎn)的數(shù)據(jù)記錄到集合P_gridis中；

P_gridis＝{p₁,p₂,p₃,…,p_m}，其中，P_gridis表示投影參考平面軌跡中所有點(diǎn)的有序集合；

S24：從平面軌跡中識別STL模型的底面，其方法如下：

S241：將STL模型的法線系數(shù)k為負(fù)的法線存儲到集合N中的子集合N_bottom中；

N_bottom＝{n₁,n₂,n₃,…,n_m}，其中，N_bottom表示STL模型文件中所有底面法線的集合，N表示STL文件中所有三角形面片單位法向量的集合；

S242：將集合N_bottom中的元素的頂點(diǎn)投影到參考平面上；

S243：將集合N_bottom中的元素投影到參考平面上的三角形內(nèi)的軌跡點(diǎn)儲存到集合P_in中；

P_in＝{p_j1,p_j2,p_j3,…,p_jm，j∈[1,m]}，其中，P_in表示參考平面三角形內(nèi)的軌跡點(diǎn)，j表示三角形的序號；

S25：確定參考平面軌跡點(diǎn)在STL模型底面對應(yīng)的三維空間軌跡點(diǎn)：

S251：構(gòu)建STL模型三角面片的頂點(diǎn)生成平面模型，所述模型為：Ax+By+Cz+D＝0，其中，A表示x的系數(shù)，B表示y的系數(shù)變量，C表示z的系數(shù)變量，D表示常數(shù)，x表示三角面片的頂點(diǎn)x坐標(biāo)，y表示三角面片的頂點(diǎn)y坐標(biāo)，z表示三角面片的頂點(diǎn)z坐標(biāo)；

S252：將集合P_in中第m個(gè)三角面片對應(yīng)三角形中的軌跡點(diǎn)的x,y坐標(biāo)值代入對應(yīng)平面方程中得到對應(yīng)的z軸坐標(biāo)，得到的參考平面軌跡點(diǎn)在STL模型底面的對應(yīng)三維空間軌跡點(diǎn)；

S26：將得到三維空間軌跡點(diǎn)坐標(biāo)和它對應(yīng)STL模型三角面片的單位法向信息儲存到集合P_{in；projected}中；

P_{in；projected}＝{v₁,v₂,v₃,…,v_m；n₁,n₂,n₃,…,n_m}，其中，v_m表示三維空間軌跡點(diǎn)，n_m代表軌跡點(diǎn)的法向信息；

S27：通過歐拉角確定噴頭姿態(tài)信息，將得到噴頭的姿態(tài)信息同位置信息一起儲存在集合Pin；projected；

R_mx＝-tan^-1(n_my/n_mz)

R_my＝-tan^-1(n_mx/n_mz)

其中，R_mx表示第m個(gè)軌跡點(diǎn)在x方向的旋轉(zhuǎn)量，R_my表示表示第m個(gè)軌跡點(diǎn)在y方向的旋轉(zhuǎn)量，n_mx表示第m個(gè)三維空間軌跡點(diǎn)的法向量在x軸的分量，n_my表示第m個(gè)三維空間軌跡點(diǎn)的法向量在y軸的分量，n_mz表示第m個(gè)三維空間軌跡點(diǎn)的法向量在z軸的分量；

S28：將得到的空間軌跡點(diǎn)生成連續(xù)的噴頭移動(dòng)軌跡；

S29：根據(jù)噴頭直徑提高z軸高度，w＝w+1，其中，w表示正整數(shù)自然數(shù)，判斷w是否大于集合V的元素個(gè)數(shù)，若是，則退出，若否，則進(jìn)入步驟S2。