[發(fā)明專利]一種基于信息物理融合的骨折復位機器人系統

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110403562.0
• 申請日: 2021-04-15
• 公開（公告）號: CN113100902A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設計）人: 楊浩然;蔡翰舉;孫曦;肖龍坤;傅卓鑫;孫昊
• 申請（專利權）人: 河北工業(yè)大學
• 主分類號: A61B17/88
• 分類號: A61B17/88;A61B34/20
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長杰

本發(fā)明涉及一種基于信息物理融合的骨折復位機器人系統，包括工作臺，工作臺通過后立板連接有基平臺，基平臺通過后萬向節(jié)、電推桿、前萬向節(jié)轉動連接遠端固定環(huán)，遠端固定環(huán)一側安裝有遠端標志物，工作臺上安裝有第一固定架，第一固定架頂部安裝的滾輪一、滾輪二的內側安裝有轉動環(huán)，轉動環(huán)通過連接板連接有雙目相機，工作臺上安裝的第二固定架上安裝有調高機構，調高機構頂部通過夾持機構安裝有近端固定環(huán)，近端固定環(huán)一側安裝有近端標志物，單次透視后，利用雙目相機的視差原理，結合遠端標志物、近端標志物的角點坐標，即可確定遠、近端骨斷面的位姿關系，通過引導控制電推桿的伸縮狀態(tài)實施骨折復位手術。

技術領域

本發(fā)明屬于骨折復位機器人技術領域，具體涉及一種基于信息物理融合的骨折復位機器人系統。

背景技術

在傳統的骨折復位手術中，外科醫(yī)生需要在對抗患者肌肉張力時消耗大量體能，甚至需要多名經驗豐富的醫(yī)生合力完成一位患者的復位，極大地消耗了醫(yī)療資源。同時，在復位過程中，醫(yī)生無法準確的量化復位精度，采用透視影像將會提高醫(yī)生的復位精度的控制，但多次并長時間照射X光同樣會造成人體危害。隨著機器人技術的發(fā)展，將機器人技術引入骨外科治療可能是理想的解決方案。首先，機器人可以提供穩(wěn)定且可靠的牽引力和復位力。同時，通過引入機器人技術，骨折復位的精度也可以得到量化。機器視覺的引入可以明顯的減少骨折復位對于透視影像的依賴，有助于減少醫(yī)生及患者所受到的輻射傷害。

發(fā)明內容

為解決上述背景技術中提出的問題。本發(fā)明提供了一種基于信息物理融合的骨折復位機器人系統，單次透視后，利用雙目相機的視差原理，結合遠端標志物、近端標志物的角點坐標，即可確定遠、近端骨斷面的位姿關系，通過引導控制電推桿的伸縮狀態(tài)實施骨折復位手術。

為實現上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：一種基于信息物理融合的骨折復位機器人系統，包括工作臺，所述工作臺頂面的后側固定安裝有后立板，所述后立板的上部固定連接基平臺的兩側，所述基平臺通過六個后萬向節(jié)轉動連接電推桿的一端，所述電推桿的另一端通過前萬向節(jié)轉動連接遠端固定環(huán)的后端面，所述遠端固定環(huán)的一側固定安裝有遠端標志物，所述遠端固定環(huán)前方的工作臺的頂面固定安裝有第一固定架，所述第一固定架的頂部固定安裝有滾輪固定座一和滾輪固定座二，所述滾輪固定座一上對稱轉動安裝有滾輪一，所述滾輪固定座二上對稱轉動安裝有滾輪二，所述滾輪一、滾輪二的內側夾持安裝有轉動環(huán)，所述轉動環(huán)的后端面固定安裝有連接板，所述連接板的一端開設有調距滑槽，所述連接板的頂端固定安裝有雙目相機，所述轉動環(huán)前方的工作臺的頂面固定安裝有第二固定架，所述第二固定架上固定安裝有調高機構，所述調高機構包括下固定架、梯形絲杠、轉柄、導桿、滑動臺，所述滑動臺的頂部通過夾持機構固定安裝有近端固定環(huán)，所述近端固定環(huán)的一側固定安裝有近端標志物。

優(yōu)選的，所述遠端標志物、近端標志物朝向雙目相機拍攝端的一面設有ArUco碼；利用雙目相機的雙目視覺的視差原理，結合遠端標志物、近端標志物的角點坐標，可最終計算估計遠端標志物、近端標志物相對于雙目相機的位置及姿態(tài)，通過坐標系變換，得到遠端標志物相對于遠端固定環(huán)的位姿、近端標志物相對于近端固定環(huán)的位姿以及遠端、近端骨斷面中心相對于遠端固定環(huán)、近端固定環(huán)的位姿，由于遠端骨斷面相對于遠端固定環(huán)固定，近端骨斷面相對于近端固定環(huán)固定，因此僅需進行一次透視即可實現復位軌跡的計算。

優(yōu)選的，所述轉動環(huán)上開設有內螺紋通孔，所述連接板通過后端插入調距滑槽中的螺栓固定連接轉動環(huán)上的內螺紋通孔；通過調距滑槽滑動調節(jié)連接板在轉動環(huán)上的位置，以改變雙目相機與遠端標志物、近端標志物之間的距離，從而使遠端標志物、近端標志物位于雙目相機的合適的視野范圍內，方便雙目相機的定位。

優(yōu)選的，所述轉動環(huán)為扁平的圓環(huán)形結構，所述滾輪一的數量為多個，兩個為一組前后對稱轉動連接轉動環(huán)的前后端面，所述滾輪二的數量為多個，三個為一組左右對稱轉動連接轉動環(huán)的內外兩側面；滾輪一、滾輪二可對轉動環(huán)XYZ軸的方向進行限位，使轉動環(huán)能夠穩(wěn)定的轉動，帶動雙目相機移動，使遠端標志物、近端標志物位于雙目相機的合適的視野范圍內。