一种标定手术机械臂导向器的工装装置及其工作方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种标定手术机械臂导向器的工装装置及其工作方法。属于医疗器械技术领域，本发明专利技术包含激光套筒、相机及标定软件；在外科手术使用机械臂辅助手术时，导向器引导了医生的一切手术动作，导向器的姿态参数与实际姿态参在偏差，即使机械臂能精准定位病灶点，但导向器仍将会错误引导医生的手术操作，这将导致严重的手术安全隐患。本发明专利技术旨在简单有效的标定机械臂导向器的姿态，利用线激光沿着导向器轴线形成投射点，通过相机捕获投射点并计算投射点的偏移，以递归调节导向器的姿态参数，直到投射点偏移收敛至系统要求范围内。经过反复试验，机械臂往复运动距离为150mm，投射点偏移在5个像素以内时，可以满足导向器在手术中的精度要求。的精度要求。的精度要求。

【技术实现步骤摘要】
一种标定手术机械臂导向器的工装装置及其工作方法


[0001]本专利技术属于医疗器械
，主要应用于手术导航定位系统中机械臂导向器的标定；涉及一种标定手术机械臂导向器的工装装置，特别是涉及到利用线激光和相机辅助标定机械臂的导向器的姿态。

技术介绍

[0002]针对协作机械臂，通常以4点标定的方法标定机械臂工具末端的位置，即按照示教器的标定流程，将机械臂工具末端先后以4种不同的姿态移动到同一位置，机械臂系统便可自动解析出工具末端的位置。另外，将工具移动至与机械臂某特征坐标轴平行，便可解析得到工具末端的姿态。此标定方法简单易操作，但在实际标定中，即使选取一参考点，亦难以保证机械臂工具末端的4种姿态均能移动至同一点，并且亦无法确定工具是否与特征坐标轴平行。以上的不确定因素导致机械臂工具的位置误差大于2mm，姿态误差大于3
°
，特别在手术导航定位领域，机械臂的导向器姿态无法精确标定，将会无法精准引导手术工具的移动，这将对手术造成致命的后果。
[0003]更精确的机械臂工具标定方法是运用激光追踪仪等精密仪器，但此类设备造价不菲，大大增加了手术导航定位系统的开发成本。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术目的是提供了一种标定精确，成本低廉，专属于手术导航定位系统的机械臂导向器的姿态标定工装装置。
[0005]技术方案：本专利技术所述的一种标定手术机械臂导向器的工装装置，包括激光套筒，所述激光套筒包括空心套筒(1)，在所述空心套筒(1)的一端安设有内置激光灯(2)，在所述内置激光灯(2)的另一端安设有开关(3)。
[0006]进一步的，在所述空心套筒(1)的外壁、所述内置激光灯(2)的下端套设有套口(4)，在所述套口(4)上安设有导向器(5)，在所述导向器(5)的另一端安设有连接机械臂端(6)。
[0007]进一步的，所述开关(3)通过有线线路与内置激光灯(2)相连接。
[0008]进一步的，在所述激光套筒上还安设有电源。
[0009]进一步的，所述套口(4)的内径大于所述空心套筒(1)的外径，所述套口(4)与空心套筒(1)相适配。
[0010]进一步的，还包括相机(7)和标定软件(8)。
[0011]进一步的，一种标定手术机械臂导向器的工装装置的工作方法，其具体操作步骤如下：
[0012]一、将机械臂移动到一平整的工作台旁边，将激光套筒插入导向器(5)内，打开内置激光灯(2)，调节机械臂关节，使激光光线与台面夹角呈60
°
～90
°
照射到台面，激光套筒末端与台面距离约150mm左右；
[0013]二、将相机(7)架设在台面光斑附近100mm左右，机械臂和相机(7)连接到同一PC，在PC上打开标定软件(8)，调整相机(7)镜头捕获激光光斑，使光斑落于标定标定软件(8)的成像视野内；
[0014]三、启动标定软件(8)中的姿态配准程序，激光照射到点P，程序读取点P
’
的位置，然后机械臂沿o
’
z
’
移动到点A，激光照射到点Q，程序读取Q
’
位置，并且计算P
’
Q
’
距离；
[0015]四、程序自动调节o
’
x
’
的旋转角度；起始，对o
’
x
’
的旋转角度增加1
°
，则o
’
z
’
方向发生偏移，然后驱动机械臂沿o
’
z
’
方向向上移动相同距离，此时激光照射到台面的光斑P也发生相对位移，计算此时P
’
Q
’
的距离，若较上一次减小，则继续对o
’
x
’
的旋转角度增加1
°
，反之则减小1
°
即可确定o
’
x
’
的旋转角度的调节方向；
[0016]五、程序按照o
’
x
’
旋转角度的调节方向从步长1
°
到0.1
°
以1.5倍递减累积调节，调节原则为：以此比较P
’
Q
’
较上一次的变化，若P
’
Q
’
减小，则继续按照当前调节步长继续调节o
’
x
’
旋转角度；若P
’
Q
’
增大，则减小步长1.5倍，且在上一次基础上重新调节o
’
x
’
旋转角度，直到P
’
Q
’
变化幅度保持在3个像素，则停止对o
’
x
’
旋转角度的调节；
[0017]六、同理，按照步骤(四)
‑
(五)调节o
’
y
’
的旋转角度，当对o
’
y
’
的旋转角度调节停止时，P
’
Q
’
<5像素，此时参数坐标系o
’
x
’
y
’
z
’
与实际坐标系oxyz满足系统要求的一致性。
[0018]有益效果：本专利技术与现有技术相比，本专利技术的特点:本专利技术旨在简单有效的标定机械臂导向器的姿态，利用线激光沿着导向器轴线形成投射点，通过相机捕获投射点并计算投射点的偏移，以递归调节导向器的姿态参数，直到投射点偏移收敛至系统要求范围内。经过反复试验，机械臂往复运动距离为150mm，投射点偏移在5个像素以内时，可以满足导向器在手术中的精度要求。
附图说明
[0019]图1是本专利技术的总体结构示意图；
[0020]图2是本专利技术中激光套筒的结构示意图；
[0021]图3是本专利技术中机械臂导向器标定示意图；
[0022]图4是本专利技术中机械臂导向器标定的坐标系模型示意图；
[0023]图5是本专利技术实施例中光斑在相机视野中的成像位移的工作原理图；
[0024]图中1是空心套筒，2是内置激光灯，3是开关，4是套口，5是导向器，6是连接机械臂端，7是相机，8是标定软件。
具体实施方式
[0025]以下结合附图和具体实施例，对本专利技术做出进一步说明。
[0026]如图所述，本专利技术所述的一种标定手术机械臂导向器的工装装置，包括激光套筒，所述激光套筒包括空心套筒1，在所述空心套筒1的一端安设有内置激光灯2，在所述内置激光灯2的另一端安设有开关3。
[0027]进一步的，在所述空心套筒1的外壁、所述内置激光灯2的下端套设有套口4，在所述套口4上安设有导向器5，在所述导向器5的另一端安设有连接机械臂端6。
[0028]进一步的，所述开关3通过有线线路与内置激光灯2相连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种标定手术机械臂导向器的工装装置，其特征在于，包括激光套筒，所述激光套筒包括空心套筒(1)，在所述空心套筒(1)的一端安设有内置激光灯(2)，在所述内置激光灯(2)的另一端安设有开关(3)。2.根据权利要求1所述的一种标定手术机械臂导向器的工装装置，其特征在于，在所述空心套筒(1)的外壁、所述内置激光灯(2)的下端套设有套口(4)，在所述套口(4)上安设有导向器(5)，在所述导向器(5)的另一端安设有连接机械臂端(6)。3.根据权利要求1所述的一种标定手术机械臂导向器的工装装置，其特征在于，所述开关(3)通过有线线路与内置激光灯(2)相连接。4.根据权利要求1所述的一种标定手术机械臂导向器的工装装置，其特征在于，在所述激光套筒上还安设有电源。5.根据权利要求1和2所述的一种标定手术机械臂导向器的工装装置，其特征在于，所述套口(4)的内径大于所述空心套筒(1)的外径，所述套口(4)与空心套筒(1)相适配。6.根据权利要求1所述的一种标定手术机械臂导向器的工装装置，其特征在于，还包括相机(7)和标定软件(8)。7.如权利要求1
‑
6所述的一种标定手术机械臂导向器的工装装置的工作方法，其特征在于，其具体操作步骤如下：一、将机械臂移动到一平整的工作台旁边，将激光套筒插入导向器(5)内，打开内置激光灯(2)，调节机械臂关节，使激光光线与台面夹角呈60
°
～90
°
照射到台面，激光套筒末端与台面距离约150mm左右；二、将相机(7)架设在台面光斑附近100mm左右，机械臂和相机(7)连接到同一PC，在PC上打开标定软件(8)，调整相机(7)镜头捕获激光光斑，使光斑落于标定标定软件(8)的成像视野内；三、启动标定软件(8)中的姿态配准程序，激光照射到点P，程序读取点P
’
的位置，然后机械臂沿o
’
z
’
移动到点A，激光照射到点Q，程序读取Q
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位置，并且计算P
’
Q
’
距离；四、程序自动调节o
’
x
’
的旋转角度；起始，对o
’
x
’

【专利技术属性】
技术研发人员：李劲生，程浩，
申请(专利权)人：南京普爱医疗设备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：