【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种骨折复位机器人，具体涉及一种智能控制六连杆式骨折复位机器人。
技术介绍
1、在骨折患者尤其是肢体骨折患者的康复过程中，通常需要采用骨科外固定支架对骨折处进行固定，以避免骨折处在康复过程中产生二次伤害，加速骨折处的生长康复。
2、现有的骨外固定器械根据其基本组成结构可以分为三种不同的类型，即单侧/双侧外固定器械、环形外固定器械(cef)和混合型外固定器械。在下肢长骨畸形治疗过程中，外固定器械的最佳使用条件是允许骨段在长骨轴向微运动，同时在扭转、剪切和弯曲方面保持较高的刚度。虽然单侧/双侧外固定器械能提供更高的刚性和早期负重能力，但限制了骨损伤部位的轴向微运动，因此可能会延迟愈合过程。此外，在单侧/双侧外固定器械中通常可以观察到骨损伤部位的不对称压迫，这将对愈合产生不利影响。环形外固定器械刚好消除了这两个问题，在环形外固定器械中可以使用合适的克氏针控制轴向微运动。对于骨轴向载荷增加的情况可以针对性的采用适合的克氏针，从而消除骨损伤部位的过度运动。此外，环形外固定器械在扭转、剪切和弯曲方面表现出的高刚度有利于骨矫正过程的稳定；环形外固定器械提供的多平面固定比单/双侧外固定器械能治疗更复杂的骨损伤。由于这些原因，环形外固定器械在骨科中得到了很高的普及。由于环形外固定器械(cef)生物力学上有利的刚度特性，其已被广泛应用于治疗多种骨科疾病尤其是骨折复位的治疗。
3、现有常规的环形外固定器械(cef)类型的骨折复位机器人，其结构，包括两个用于安装克氏针的固定环，两个固定环之间铰接设置有6根整体呈沿周
4、故在术前路径规划技术是骨折复位手术中一项重要技术，通过程序与计算机设备获得路径信息，为外科医生提供较精准的路径指引，从而提高手术安全性。现有的这种骨折复位机器人在骨折康复使用过程的路径规划设计，通常是采用a*算法和rrt*算法。其中a*算法的计算时间长，内存消耗大，有待进一步改进。此外，生成的路径与障碍物之间的间隙很小，这将导致机器人无法有效避开障碍物。相比之下，rrt*算法可以有效地应用于复杂环境下的路径规划，显示出更强的搜索能力，故相对应用更多。
5、但是在手术中，由于断骨周围的组织复杂性，医生很难精准的判断断骨之间位置情况，因此骨块间的碰撞极易导致二次骨折与软组织损伤等，必须保证复位轨迹骨块无碰撞，并且能够快速找到最优路径，这对算法提出了更严格的要求。而现有的rrt*算法，仍然缺乏对骨折复位路径的综合考虑，搜索效率差，碰撞检测效率低，难以获得最优复位路径。
6、故对于本领域技术人员，如何提供一种能够更好地通过避障策略使其有助于避开重要的部位，避免造成手术损伤的算法技术，成为有待考虑解决的问题。
技术实现思路
1、针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：怎样提供一种能够更好地通过避障策略使其有助于避开重要的部位，避免造成手术损伤智能控制六连杆式骨折复位机器人。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：
3、一种智能控制六连杆式骨折复位机器人，包括两个用于安装克氏针的固定环，两个固定环之间铰接设置有六根整体呈沿周向均匀分布的连接臂，任意两根相邻的连接臂一端靠拢且另一端分开呈八字形，各连接臂上均设置有伸缩装置，还包括控制中心（pc端），控制中心和所述伸缩装置通讯连接并实现伸缩控制，控制中心内设置有用于控制两个固定环相对位置路径的控制模块和用于设计控制路径的路径规划模块，其特征在于，所述路径规划模块具有改进的rrt*路径规划算法；所述改进的rrt*路径规划算法包括以下步骤：
4、步骤s1：初始化地图，设置势力场数值等相关参数；
5、步骤s2：引入人工势场法，产生随机采样点 qnew；
6、步骤s3：采用圆柱包络法，在 qnew 建立圆柱体，检测是否发生碰撞；若发生碰撞返回执行步骤s2重选进行采样，未发生碰撞则继续执行步骤s4；
7、步骤s4：找到距离随机采样点最近的树节点 qn，同时将该节点作为 qnew 的父节点；
8、步骤s5：找到 qnew 的最小总路径，并重新连线；
9、步骤s6：判断 qnew到 qgoal 距离是否小于步长；若不是，则返回执行步骤2进行采样，若是则继续执行步骤s7；
10、步骤s7：采用高斯平滑算法拟合处理，将处理后的点加入新的平滑路径集合中；
11、步骤s8：生成最终平滑规划路径并路径规划任务结束。
12、这样，本方案中，在传统智能控制六连杆式骨折复位机器人的基础上，在系统的路径规划模块中采用了一种改进的路径规划算法。在pc端采用所提出改进算法进行路径规划，再将所生成的路径节点位姿信息导入控制模块中，进而控制电机转动，达到控制复位的目的。
13、进一步地，所述步骤s1，包括以下步骤：1）初始化地图，设置地图的大小为2×2×2cm，起点设置为(-1,-1,-1)，终点设置为(1,1,1)；2）设置圆柱障碍物的半径和高度分别为0.05和0.2，位置信息为(0, 0, -0.1)，(-0.6, -0.6, 0.4)，(0.6, -0.6, 0.4)，(-0.6,0.6, 0.4)，(0.6, 0.6, 0.4)，(-0.6, -0.6, -0.4)，(0.6, -0.6, -0.4) (-0.6, 0.6, -0.4) (0.6, 0.6, -0.4)；3）设置人工势力场参数，引力相对强度为1，斥力相对强度为2，斥力影响范围为0.3，设置步长为0.04。
14、这样是因为上述环境、起止点与障碍物设置数据是基于对骨折环境特性和实际任务需求综合考虑，同时势场参数的设置优势体现：引力相对强度设置为 1，表示引力场对路径规划的影响适中，既能够引导路径向终点方向前进，又不会过于强烈导致路径过于直接而忽略障碍物。斥力相对强度设置为 2，比引力相对强度高，表明避障是路径规划中的首要考虑因素，这有助于确保路径的安全性。斥力影响范设置为 0.3，这个范围应当足够大，以便在障碍物周围形成一个安全的缓冲区，但又不至于过大导致路径过于迂回
15、进一步地，所述步骤s2，包括以下步骤：1）本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种智能控制六连杆式骨折复位机器人，包括两个用于安装克氏针的固定环，两个固定环之间铰接设置有六根整体呈沿周向均匀分布的连接臂，任意两根相邻的连接臂一端靠拢且另一端分开呈八字形，各连接臂上均设置有伸缩装置，还包括控制中心（PC端），控制中心和所述伸缩装置通讯连接并实现伸缩控制，控制中心内设置有用于控制两个固定环相对位置路径的控制模块和用于设计控制路径的路径规划模块，其特征在于，所述路径规划模块具有改进的RRT*路径规划算法；所述改进的RRT*路径规划算法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的智能控制六连杆式骨折复位机器人，其特征在于，所述连接臂上还设置有拉压力传感器，拉压力传感器和控制中心通讯连接。
3.如权利要求1所述的智能控制六连杆式骨折复位机器人，其特征在于，所述伸缩装置为电缸装置。
4.如权利要求1所述的智能控制六连杆式骨折复位机器人，其特征在于，连接臂两端采用虎克铰和固定环实现铰接。
5.如权利要求1所述的智能控制六连杆式骨折复位机器人，其特征在于，所述步骤S1，包括以下小步骤：1）初始化地图，设置地图的大小为2×2×2
6.如权利要求1所述的智能控制六连杆式骨折复位机器人，其特征在于，所述步骤S2，包括以下步骤：1）首先为终点创建引力场，障碍物创建斥力场；2）随机选择位置，在采样空间内随机选择一个位置作为潜在的采样点 qnew；3）计算势场值，对于随机生成的点 qnew，计算其引力势和斥力势；4）计算总势场值；如果该势场值满足预定的条件，则接受 qnew 作为一个有效的随机采样点。
7.如权利要求1所述的智能控制六连杆式骨折复位机器人，其特征在于，所述步骤S3，包括以下步骤：1）在 qnew 点建立圆柱体，即在随机采样点 qnew 的位置建立一个圆柱体，圆柱体的中心点位于qnew，半径为 0.05，高度为0.2；2）对每个障碍物进行以下检测，计算障碍物与圆柱体的最小距离；如果最小距离 ≤ 0.1，则记录发生碰撞；3）处理碰撞结果，如果检测到碰撞，则返回步骤 S2，重新生成一个随机采样点 qnew，并重新建立圆柱体进行碰撞检测；如果没有检测到碰撞，则采样点 qnew 有效，继续执行后续的路径规划步骤。
8.如权利要求1所述的智能控制六连杆式骨折复位机器人，其特征在于，所述步骤S4，包括以下步骤：1）遍历路径树，遍历当前路径树中的所有节点；2）计算距离，对于每个节点，计算其与随机采样点 qnew 之间的距离；3）比较并选择最小距离，即比较所有计算出的距离，找到最小距离对应的节点，即为为最近节点 qn；4）更新树结构，在路径树中，将 qn 标记为 qnew 的父节点，并在 qn 的子节点列表中添加 qnew；5）存储连接信息，记录 qn 与 qnew之间的连接信息，以便于后续的路径搜索和优化。
9.如权利要求1所述的智能控制六连杆式骨折复位机器人，其特征在于，所述步骤S5，包括以下步骤： 1）计算从树根到 qn 的已知最优路径成本，并将其加上从 qn 到 qnew 的新路径成本，作为 qnew 的初始总路径成本；2）遍历 qnew 的邻近节点，检查所有与 qnew 直接相连的节点，即检查 qn 的所有子节点以及 qn 的兄弟节点；3）对于每个邻近节点，计算从树根到该邻近节点，再通过该邻近节点到 qnew 的路径成本；4）比较路径成本，将每个邻近节点到 qnew 的路径成本与当前的最小总路径成本进行比较；如果发现通过某个邻近节点的路径成本更低，则更新 qnew 的最小总路径成本，并记录下这个新的路径；5）重新连线，如果找到了一个更低成本的路径，那么需要将 qnew 从原来的父节点 qn 断开，并将其连接到新的父节点。
10.如权利要求1所述的智能控制六连杆式骨折复位机器人，其特征在于，所述步骤S6，包括以下步骤：1）计算 qnew与 Qgoal 之间的距离；2）将计算出的距离与步长进行比较：如果距离小于步长，则认为 qnew 足够接近 Qgoal，可以继续执行步骤 S7；如果距离大于或...
【技术特征摘要】
1.一种智能控制六连杆式骨折复位机器人，包括两个用于安装克氏针的固定环，两个固定环之间铰接设置有六根整体呈沿周向均匀分布的连接臂，任意两根相邻的连接臂一端靠拢且另一端分开呈八字形，各连接臂上均设置有伸缩装置，还包括控制中心（pc端），控制中心和所述伸缩装置通讯连接并实现伸缩控制，控制中心内设置有用于控制两个固定环相对位置路径的控制模块和用于设计控制路径的路径规划模块，其特征在于，所述路径规划模块具有改进的rrt*路径规划算法；所述改进的rrt*路径规划算法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的智能控制六连杆式骨折复位机器人，其特征在于，所述连接臂上还设置有拉压力传感器，拉压力传感器和控制中心通讯连接。
3.如权利要求1所述的智能控制六连杆式骨折复位机器人，其特征在于，所述伸缩装置为电缸装置。
4.如权利要求1所述的智能控制六连杆式骨折复位机器人，其特征在于，连接臂两端采用虎克铰和固定环实现铰接。
5.如权利要求1所述的智能控制六连杆式骨折复位机器人，其特征在于，所述步骤s1，包括以下小步骤：1）初始化地图，设置地图的大小为2×2×2cm，起点设置为(-1,-1,-1)，终点设置为(1,1,1)；2）设置圆柱障碍物的半径和高度分别为0.05和0.2，位置信息为(0, 0,-0.1)，(-0.6, -0.6, 0.4)，(0.6, -0.6, 0.4)，(-0.6, 0.6, 0.4)，(0.6, 0.6, 0.4)，(-0.6, -0.6, -0.4)，(0.6, -0.6, -0.4) (-0.6, 0.6, -0.4) (0.6, 0.6, -0.4)；3）设置人工势力场参数，引力相对强度为1，斥力相对强度为2，斥力影响范围为0.3，设置步长为0.04。
6.如权利要求1所述的智能控制六连杆式骨折复位机器人，其特征在于，所述步骤s2，包括以下步骤：1）首先为终点创建引力场，障碍物创建斥力场；2）随机选择位置，在采样空间内随机选择一个位置作为潜在的采样点 qnew；3）计算势场值，对于随机生成的点 qnew，计算其引力势和斥力势；4）计算总势场值；如果该势场值满足预定的条件，则接受 qnew 作为一个有效的随机采样点。
7.如权利要求1所述的智能控制六连杆式骨折复位机器人，其特征在于，所述步骤s3，包括以下步骤：1）在 qnew 点建立...
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