[發明專利]一種關于最優路徑規劃的骨表面隨動技術

有效

• 申請號: 202211385533.7
• 申請日: 2022-11-07
• 公開（公告）號: CN115424701B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 黃志俊;劉金勇;錢坤;陳鵬
• 申請（專利權）人: 杭州柳葉刀機器人有限公司
• 主分類號: G16H20/40
• 分類號: G16H20/40;G16H50/50;G06F17/16;A61B34/10;A61C8/00
• 代理公司: 武漢天領眾智專利代理事務所(普通合伙) 42300
• 代理人: 楊建軍

1.一種關于最優路徑規劃的骨表面隨動技術，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：建立數學模型，將機械臂軌跡規劃中選擇一條姿態以及位置變化最小的軌跡使得機械臂根據圖像信息定位到種植部位上方的骨表面隨動轉化為機械臂的最優路徑規劃問題；

步驟二：構建相應的坐標系，基于該坐標系對假體根尖點、假體植入點、作業器材頂部根尖點、作業器材底部植入點的位置進行定義，進行將假體根尖點與假體植入點之間連線、作業器材頂部根尖點與作業器材底部植入點之間的連線分別基于上述坐標系以向量的形式進行表達，分別記為l_a2b，l_c2b；則機械臂的移動路徑實際上轉為向量l_c2d從初始位置旋轉至與向量l_a2b平行的位置的路徑路徑規劃問題；

步驟三：向量l_c2d從初始位置旋轉至與向量l_a2b平行的位置路徑規劃，包括位置變化和姿態變化，分別進行計算；

計算位置變化，以根尖點/鉆頭基準點建立局部坐標系，則可以求得鉆頭/根尖點在向量l_a2b上的投影點p，令已知起始點為p_c，終點為p，則軌跡規劃如下：

p(λ)＝(1-λ)*p_c+λ*p(0≤λ≤1)；

進一步的，取λ為其范圍內的不同值，得到多個軌跡點，此軌跡即為要求的位置變化軌跡；

計算姿態變化，機械臂有無窮多的解可以由機械臂初始狀態坐標系移動到目標位置，以當前機械臂位置姿態為為基座標，按此沿著坐標系順時針旋轉，記錄旋轉的歐拉角，該角度即為姿態變化；

步驟四：對步驟三中的數據進行優化處理，計算最終的向量l_c2d從初始位置旋轉至與向量l_a2b平行的位置的路徑，即機械臂的最優路徑。

2.根據權利要求1所述的一種關于最優路徑規劃的骨表面隨動技術，其特征在于：步驟二還包括以下步驟：

1)建立數學模型，定義假體根尖點為a，假體植入點為b，作業器材頂部根尖點為c，作業器材底部植入點為d，則有向量：

l_a2b＝{x_a-x_b，y_a-y_b，z_a-z_b}，l_c2d＝{x_c-x_d，y_c-y_d，z_c-z_d}，

上式中，l_a2b為由a點指向b點的向量，l_c2d為由c點指向d點的向量，向量l_a2b與向量l_c2d的夾角為：

β＝arctan(l_a2b·l_c2d)；

2)軌跡規劃，以假體根尖點建立局部坐標系，則可以求得作業器材頂部在向量上的投影點p為

p＝p_a·(||p_c-p_a||*cos(β))；

p_a為假體根尖點在上述局部坐標系下的初始位置與最后位置連線長度；

已知起始點為p_c，終點為p，則軌跡規劃如下：

p(λ)＝(1-λ)*p_c+λ*p(0≤λ≤1)；

3)求得多個軌跡點，此軌跡即為要求的位置變化軌跡。