[发明专利]一种标定手术机械臂导向器的工装装置及其工作方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，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。

背景技术

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。

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。

发明内容

发明目的：本发明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。

技术方案：本发明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)。

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)。

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。

进一步的，在所述激光套筒上还安设有电源。

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。

进一步的，还包括相机(7)和标定软件(8)。

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：

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’位置，并且计算P’Q’距离；