【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及關(guān)節(jié)置換的平面標(biāo)定，具體而言，涉及一種雙目視覺的平面標(biāo)定方法、裝置及平面切骨機(jī)器人。
技術(shù)介紹
1、目前在關(guān)節(jié)置換手術(shù)中，主要依靠醫(yī)生手持?jǐn)[鋸，對(duì)患者所需治療部位進(jìn)行切除，然后換上人工裝置。這項(xiàng)工作極其依賴醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)以及狀態(tài)，對(duì)切除部位的精度要求很高，必須嚴(yán)格在要求的平面內(nèi)進(jìn)行切割。在機(jī)器人的協(xié)同工作下，可以大大提高工作效率和準(zhǔn)確性。在機(jī)器人的參與下，一般需要基于雙目視覺相機(jī)預(yù)先對(duì)擺鋸的運(yùn)動(dòng)平面進(jìn)行標(biāo)定。
2、因此，需要找到一種具有高效、高精度的適用于關(guān)節(jié)置換手術(shù)的平面標(biāo)定方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為解決上述問題，本專利技術(shù)實(shí)施例提供一種雙目視覺的平面標(biāo)定方法，應(yīng)用于平面切骨機(jī)器人，所述方法包括：確定所述機(jī)器人的末端坐標(biāo)系在雙目視覺坐標(biāo)系中的旋轉(zhuǎn)矩陣；獲取在擺鋸刀片上運(yùn)動(dòng)的標(biāo)靶的末端位姿，以及根據(jù)所述末端位姿確定擺鋸平面坐標(biāo)系；確定所述擺鋸平面坐標(biāo)系在所述雙目視覺坐標(biāo)系中的旋轉(zhuǎn)矩陣；根據(jù)所述末端坐標(biāo)系在雙目視覺坐標(biāo)系中的旋轉(zhuǎn)矩陣、所述擺鋸平面坐標(biāo)系在所述雙目視覺坐標(biāo)系中的旋轉(zhuǎn)矩陣，確定所述擺鋸平面坐標(biāo)系對(duì)于所述末端坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣。
2、可選地，所述根據(jù)所述末端位姿確定擺鋸平面坐標(biāo)系，包括：通過平面擬合算法，擬合得到擺鋸刀片平面在所述雙目視覺坐標(biāo)系的平面表達(dá)式；根據(jù)所述平面表達(dá)式確定所述擺鋸刀片平面的法向量；根據(jù)所述法向量確定擺鋸平面坐標(biāo)系。
3、可選地，標(biāo)靶在擺鋸刀片上運(yùn)動(dòng)，采集到n個(gè)標(biāo)靶點(diǎn)在雙目視覺坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(xi,yi,
4、基于所述n個(gè)標(biāo)靶點(diǎn)擬合平面z＝a0*x+a1*y+a2，通過以下矩陣計(jì)算參數(shù)a0、a1、a2：
5、
6、定義所述平面z的法向量(a0,a1,-1)為擺鋸平面坐標(biāo)系的z軸方向向量z_e；
7、根據(jù)所述z軸方向向量z_e定義所述擺鋸平面坐標(biāo)系的y軸方向向量y_e以及x軸方向向量x_e。
8、可選地，所述擺鋸平面坐標(biāo)系在所述雙目視覺坐標(biāo)系中的旋轉(zhuǎn)矩陣為：
9、
10、可選地，基于所述n個(gè)標(biāo)靶點(diǎn)擬合一個(gè)平面使最小，應(yīng)滿足如下：
11、∑2*(a0*xi+a1*yi+a2-zi)*xi＝0
12、∑2*(a0*xi+a1*yi+a2-zi)*yi＝0
13、σ2*(a0*xi+a1*yi+a2-zi)*1.0＝0
14、改寫成矩陣形式，為：
15、
16、可選地，所述確定所述機(jī)器人的末端坐標(biāo)系在雙目視覺坐標(biāo)系中的旋轉(zhuǎn)矩陣，包括：選取機(jī)器人末端在雙目視覺坐標(biāo)系中一個(gè)點(diǎn)的位置為p0；控制機(jī)器人末端沿工具坐標(biāo)系x正方向移動(dòng)一段距離，得到在雙目視覺坐標(biāo)系中位置p1；控制機(jī)器人末端沿工具坐標(biāo)系z(mì)正方向移動(dòng)一段距離，得到在雙目視覺坐標(biāo)系中位置p2；定義機(jī)器人末端坐標(biāo)系的x軸方向向量為：x＝p1-p0；z軸方向向量為：z＝p2-p0；y軸方向向量為：y＝z×x；重新定義z方向向量為：z＝x×y；末端坐標(biāo)系在雙目視覺坐標(biāo)系中的旋轉(zhuǎn)矩陣為：
17、
18、可選地，所述擺鋸平面坐標(biāo)系對(duì)于所述末端坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣為：
19、
20、可選地，所述方法還包括：基于所述擺鋸平面坐標(biāo)系對(duì)于所述末端坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣，控制所述擺鋸刀片的運(yùn)動(dòng)。
21、本專利技術(shù)實(shí)施例提供一種雙目視覺的平面標(biāo)定裝置，應(yīng)用于平面切骨機(jī)器人，所述裝置包括：第一旋轉(zhuǎn)矩陣確定模塊，用于確定所述機(jī)器人的末端坐標(biāo)系在雙目視覺坐標(biāo)系中的旋轉(zhuǎn)矩陣；擺鋸平面坐標(biāo)系確定模塊，用于獲取在擺鋸刀片上運(yùn)動(dòng)的標(biāo)靶的末端位姿，以及根據(jù)所述末端位姿確定擺鋸平面坐標(biāo)系；第二旋轉(zhuǎn)矩陣確定模塊，用于確定所述擺鋸平面坐標(biāo)系在所述雙目視覺坐標(biāo)系中的旋轉(zhuǎn)矩陣；標(biāo)定模塊，用于根據(jù)所述末端坐標(biāo)系在雙目視覺坐標(biāo)系中的旋轉(zhuǎn)矩陣、所述擺鋸平面坐標(biāo)系在所述雙目視覺坐標(biāo)系中的旋轉(zhuǎn)矩陣，確定所述擺鋸平面坐標(biāo)系對(duì)于所述末端坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣。
22、本專利技術(shù)實(shí)施例提供一種平面切骨機(jī)器人，所述平面切骨機(jī)器人包括機(jī)械臂及擺鋸，用于執(zhí)行上述雙目視覺的平面標(biāo)定方法。
23、本專利技術(shù)實(shí)施例提供的雙目視覺的平面標(biāo)定方法、裝置及平面切骨機(jī)器人，基于雙目視覺標(biāo)定及擺鋸平面擬合方式實(shí)現(xiàn)擺鋸運(yùn)動(dòng)平面的標(biāo)定，更加簡(jiǎn)便高效，標(biāo)定精度更高，適用于多種場(chǎng)景。
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1.一種雙目視覺的平面標(biāo)定方法，其特征在于，應(yīng)用于平面切骨機(jī)器人，所述方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述末端位姿確定擺鋸平面坐標(biāo)系，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，標(biāo)靶在擺鋸刀片上運(yùn)動(dòng)，采集到n個(gè)標(biāo)靶點(diǎn)在雙目視覺坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(xi,yi,zi)，i＝0,1,2,......,n-1；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述擺鋸平面坐標(biāo)系在所述雙目視覺坐標(biāo)系中的旋轉(zhuǎn)矩陣為：
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，基于所述n個(gè)標(biāo)靶點(diǎn)擬合一個(gè)平面使最小，應(yīng)滿足如下：
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述確定所述機(jī)器人的末端坐標(biāo)系在雙目視覺坐標(biāo)系中的旋轉(zhuǎn)矩陣，包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述擺鋸平面坐標(biāo)系對(duì)于所述末端坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣為：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：
9.一種雙目視覺的平面標(biāo)定裝置，其特征在于，應(yīng)用于平面切骨機(jī)器人，所述裝置包括：
10.一
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種雙目視覺的平面標(biāo)定方法，其特征在于，應(yīng)用于平面切骨機(jī)器人，所述方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述末端位姿確定擺鋸平面坐標(biāo)系，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，標(biāo)靶在擺鋸刀片上運(yùn)動(dòng)，采集到n個(gè)標(biāo)靶點(diǎn)在雙目視覺坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(xi,yi,zi)，i＝0,1,2,......,n-1；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述擺鋸平面坐標(biāo)系在所述雙目視覺坐標(biāo)系中的旋轉(zhuǎn)矩陣為：
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，基于所述n個(gè)標(biāo)靶點(diǎn)擬合一個(gè)平面使...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：別東洋，白宇珅，張曉磊，黃健華，李鋒，董立冰，陳兆芃，黎田，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京思靈機(jī)器人科技有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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