一種手術(shù)機器人系統(tǒng)精度檢測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種手術(shù)機器人系統(tǒng)精度檢測裝置，屬于手術(shù)機器人技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]定位精度是手術(shù)機器人最重要的一項性能。正確評價系統(tǒng)的精度是確保手術(shù)安全、順利完成的關(guān)鍵工作。評價機器人精度的指標(biāo)有絕對精度、重復(fù)定位精度等。常見機器人精度檢測裝置是針對工業(yè)機器人的精度檢測而設(shè)計，如申請?zhí)枮?7105266.2、名為“機器人重復(fù)位置精度檢測系統(tǒng)”的中國專利用于檢測機器人的重復(fù)精度，申請?zhí)枮?00410014906.5、名為“六自由度機器人位姿檢測裝置”的中國專利用于檢測機器人的位置和姿態(tài)。上述裝置均較為復(fù)雜，往往需要進行復(fù)雜的計算，并且測量不直觀，也不涉及空間定位精度。
[0003]手術(shù)機器人應(yīng)用在手術(shù)中用于手術(shù)器械或植入物的精確定位。通過與醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的配合使用，實現(xiàn)手術(shù)計劃和手術(shù)路徑定位，通過機器人定位手術(shù)路徑，輔助醫(yī)生準(zhǔn)確完成手術(shù)的操作。系統(tǒng)精度受到圖像變形、圖像空間與機器人空間坐標(biāo)映射精度、機械臂定位精度、手術(shù)工具加工誤差等多種因素影響。已有的測量系統(tǒng)不能對手術(shù)機器人的系統(tǒng)精度進行全面有效的測量。
[0004]實際手術(shù)過程中手術(shù)機器人最重要的應(yīng)用是確定手術(shù)的路徑，這條路徑可以用一條空間直線來描述。對手術(shù)機器人系統(tǒng)的精度要求不僅僅在于點定位誤差要求，而是同時兼顧定點和定向的誤差要求，在某些情況下定向的要求甚至更加重要。因此，絕對精度和重復(fù)定位精度這種單純表述定點誤差的方法，不能全面評價骨科導(dǎo)航機器人的精度。在實踐中，空間點距離的精確測量，通常也非常困難的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述問題，本實用新型的目的是提供一種能夠準(zhǔn)確、全面評價手術(shù)機器人精度的手術(shù)機器人系統(tǒng)精度檢測裝置。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案:一種手術(shù)機器人系統(tǒng)精度檢測裝置，其特征在于:它包括一支座，在所述支座的頂部設(shè)置多個靶點支柱，在每一靶點支柱的頂端設(shè)置一靶點。
[0007]所述靶點為鋼球、銅球或鉛球；所述支座和靶點支柱的材質(zhì)為有機玻璃、尼龍或塑料。
[0008]所述支座的頂部設(shè)置有多個靶點安裝孔，所述靶點支柱可拆卸地連接在所述靶點安裝孔中。所述支座和靶點支柱均由X光吸收能力較差的材料制成。
[0009]還包括一三自由度運動機構(gòu)；所述三自由度運動機構(gòu)包括一底座，在所述底座的頂部固定連接一垂直方向設(shè)置的第一滑槽，所述第一滑槽可滑動地連接一第一伸縮桿，在所述第一伸縮桿的頂部固定連接一水平方向設(shè)置的第二滑槽，所述第二滑槽可滑動地連接一第二伸縮桿，在所述第二伸縮桿的一端固定連接一水平方向設(shè)置的第三滑槽，所述第三滑槽可滑動地連接一第三伸縮桿，所述第三伸縮桿與所述第二伸縮桿垂直；所述第三伸縮桿的一端固定連接所述支座。
[0010]所述支座的頂面為一傾斜面。
[0011]所述第一伸縮桿、第二伸縮桿和第三伸縮桿上均設(shè)置有刻度尺。
[0012]在所述第一滑槽上設(shè)置有一用于鎖緊所述第一伸縮桿的鎖緊釘；在所述第二滑槽上設(shè)置有一用于鎖緊所述第二伸縮桿的鎖緊釘；在所述第三滑槽上設(shè)置有一用于鎖緊所述第三伸縮桿的鎖緊釘。
[0013]本實用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點:1、本實用新型提出一個包括支柱、靶點支柱和靶點的檢測裝置，基于該裝置，通過驅(qū)動手術(shù)機器人以靶點所在的線為規(guī)劃路徑運動，觀察連接在手術(shù)機器人執(zhí)行端的測試棒尖端是否能夠準(zhǔn)確地接觸到靶點中心，以此來確定系統(tǒng)的精度，該方法新穎巧妙并且易于實現(xiàn)，不涉及復(fù)雜的算法。2、本實用新型由于在支座的底部增設(shè)了一個三自由度運動機構(gòu)，因此便于改變靶點的空間位置，進而能夠?qū)崿F(xiàn)在某一空間區(qū)域內(nèi)的不同位置對手術(shù)機器人的系統(tǒng)精度進行測量。3、本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)，可廣泛應(yīng)用于各類手術(shù)機器人系統(tǒng)精度的測量。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是本實用新型檢測原理示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。
[0017]實施例一:
[0018]如圖1所示，本實施例包括一支座1，在支座1的頂部設(shè)置有多個靶點支柱2，在每一靶點支柱2的頂端設(shè)置一靶點3。
[0019]進一步地，靶點3采用X光吸收能力較強的材料制成，例如可以為鋼球、銅球或鉛球；而支座1和靶點支柱2由X光吸收能力較差的材料制成，如有機玻璃、尼龍或塑料。
[0020]進一步地，靶點支柱2與支座1之間采用可拆卸地連接方式，并且，在支座1的頂部預(yù)設(shè)有多個靶點安裝孔，在使用時可根據(jù)實際情況在選定的靶點安裝孔中安裝靶點支柱2。支座和靶點支柱均由X光吸收能力較差的材料制成。
[0021]為全面地說明本實用新型的效果，下面從檢測原理和使用實用新型兩方面進行說明:
[0022](一 )精度檢測原理:如圖2所示，如果將手術(shù)規(guī)劃路徑用一條空間直線L表示，骨科機器人末端路徑用空間直線L’表示，那么對機器人精度的評價就是對直線L’與L的共線性的評價。在直線L上取兩點A、B，其空間距離為S，分別測量直線L’與點A，B的距離dl，d2。如圖所示，當(dāng)dl、d2都為0時，L’與L重合，結(jié)果沒有誤差；dl或者d2增大，說明L’與L的共線性能變差。因此，用dl、d2來作為機器人的誤差是合理的。
[0023]實際操作中的一個難點是點與線的距離難以直接精確測量，本實用新型采用誤差上限代替距離dl、d2。將點A、B制成直徑Φ?的鋼球。使用中，以靶點模擬手術(shù)目標(biāo)位置進行X光透視，并進行圖像采集和手術(shù)規(guī)劃，以靶點中心為手術(shù)的入點和出點規(guī)劃入針路徑，用測試棒沿規(guī)劃路徑接觸鋼球A，若測試棒尖端能擊中鋼球A，說明誤差dl《D/2，否則dl>D/2 ;拆除鋼球A，用測試棒接觸鋼球B，若測試棒尖端能擊中鋼球B，表明誤差d2 ^ D/2，否則d2>D/20若dl彡D/2，并且d2彡D/2，可將系統(tǒng)精度記為土D/2。
[0024](二)使用方法:
[0025]1)將本實用新型所述檢測裝置固定在手術(shù)空間的某位置，選兩個靶點3由手術(shù)機器人的圖像采集端進行圖像采集。
[0026]2)在手術(shù)機器人控制程序中分別以選用的兩靶點3為入針路徑的入點和出點進行路徑規(guī)劃。
[0027]3)將測試棒安裝在手術(shù)機器人的執(zhí)行端，并控制手術(shù)機器人按照規(guī)劃的路徑運動，觀察測試棒尖端與第一個靶點3 (本實施例中為Φ 3mm鋼球)的接觸情況。
[0028]4)將第一個靶點3所在的靶點支柱2拆下，觀察測試棒尖端與第二個靶點3 (Φ 3mm鋼球)的接觸情況。
[0029]5)由測試棒與兩被測試的靶點3的接觸情況獲得該位置處的精度。
[0030]實施例二:
[0031]在實施例一的基礎(chǔ)上，本實施例在支座1的底部增設(shè)一個三自由度運動機構(gòu)，其作用是便于改變靶點3的空間位置，以便于在某一空間區(qū)域內(nèi)的不同位置對手術(shù)機器人的系統(tǒng)精度進行測量。如圖1所示，本實用新型的三自由度運動機構(gòu)包括一底座4，在底座4的頂部固定連接一垂直方向設(shè)置的第一滑槽5，第一滑槽5可滑動地連接一第一伸縮桿6，在第一伸縮桿6的頂部固定連接一水平方向設(shè)置的第二滑槽7，第二滑槽7可滑動地連接一第二伸縮桿8，在第二伸縮桿8的一端固定連接一水平方向設(shè)置的第三滑槽9，第三滑槽9可滑動地連接一第三伸縮桿10，其中，第三伸縮桿10與第二伸縮桿8垂直。第三伸縮桿10的一端固定連接支座1。
[0032]進一步地，支座1的頂面為一傾斜面，能夠防止在采集靶點圖像的過程中當(dāng)進行水平方向透視時X線需要穿過整個支座1的寬度的材料，而進行豎直方向透視時由于X線需要穿過整個靶點支柱2高度的材料所導(dǎo)致的X線衰減嚴(yán)重。
[0033]進一步地，第一伸縮桿3、第二伸縮桿5和第三伸縮桿7上均設(shè)置有刻度尺11。
[0034]進一步地，在第一滑槽5上設(shè)置有一用于鎖緊第一伸縮桿6的鎖緊釘12，在第二滑槽7上設(shè)置有一用于鎖緊第二伸縮桿8的鎖緊釘12，在第三滑槽9上設(shè)置有一用于鎖緊第三伸縮桿10的鎖緊釘12。
[0035]本實用新型僅以上述實施例進行說明，各部件的結(jié)構(gòu)、設(shè)置位置及其連接都是可以有所變化的。在本實用新型技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，凡根據(jù)本實用新型原理對個別部件進行的改進或等同變換，均不應(yīng)排除在本實用新型的保護范圍之外。
【主權(quán)項】
1.一種手術(shù)機器人系統(tǒng)精度檢測裝置，其特征在于:它包括一支座，在所述支座的頂部設(shè)置多個靶點支柱，在每一靶點支柱的頂端設(shè)置一靶點。2.如權(quán)利要求1所述的一種手術(shù)機器人系統(tǒng)精度檢測裝置，其特征在于:所述靶點為鋼球、銅球或鉛球；所述支座和靶點支柱的材質(zhì)為有機玻璃、尼龍或塑料。3.如權(quán)利要求1所述的一種手術(shù)機器人系統(tǒng)精度檢測裝置，其特征在于:所述支座的頂部設(shè)置有多個靶點安裝孔，所述靶點支柱可拆卸地連接在所述靶點安裝孔中。4.如權(quán)利要求1或2或3所述的一種手術(shù)機器人系統(tǒng)精度檢測裝置，其特征在于:還包括一三自由度運動機構(gòu)；所述三自由度運動機構(gòu)包括一底座，在所述底座的頂部固定連接一垂直方向設(shè)置的第一滑槽，所述第一滑槽可滑動地連接一第一伸縮桿，在所述第一伸縮桿的頂部固定連接一水平方向設(shè)置的第二滑槽，所述第二滑槽可滑動地連接一第二伸縮桿，在所述第二伸縮桿的一端固定連接一水平方向設(shè)置的第三滑槽，所述第三滑槽可滑動地連接一第三伸縮桿，所述第三伸縮桿與所述第二伸縮桿垂直；所述第三伸縮桿的一端固定連接所述支座。5.如權(quán)利要求4所述的一種手術(shù)機器人系統(tǒng)精度檢測裝置，其特征在于:所述支座的頂面為一傾斜面。6.如權(quán)利要求4或5所述的一種手術(shù)機器人系統(tǒng)精度檢測裝置，其特征在于:所述第一伸縮桿、第二伸縮桿和第三伸縮桿上均設(shè)置有刻度尺。7.如權(quán)利要求4或5所述的一種手術(shù)機器人系統(tǒng)精度檢測裝置，其特征在于:在所述第一滑槽上設(shè)置有一用于鎖緊所述第一伸縮桿的鎖緊釘；在所述第二滑槽上設(shè)置有一用于鎖緊所述第二伸縮桿的鎖緊釘；在所述第三滑槽上設(shè)置有一用于鎖緊所述第三伸縮桿的鎖緊釘。
【專利摘要】本實用新型涉及一種手術(shù)機器人系統(tǒng)精度檢測裝置，所述裝置包括一支座，在所述支座的頂部設(shè)置多個靶點支柱，在每一靶點支柱的頂端設(shè)置一靶點。本實用新型提出一個包括支柱、靶點支柱和靶點的檢測裝置，通過驅(qū)動手術(shù)機器人以靶點所在的線為規(guī)劃路徑運動，觀察連接在手術(shù)機器人執(zhí)行端的測試棒尖端是否能夠準(zhǔn)確地接觸到靶點中心，以此來確定系統(tǒng)的精度，該方法新穎巧妙并且易于實現(xiàn)，不涉及復(fù)雜的算法。
【IPC分類】G01B15/00
【公開號】CN205037879
【申請?zhí)枴緾N201520673162
【發(fā)明人】張維軍, 張送根, 王彬彬
【申請人】北京天智航醫(yī)療科技股份有限公司
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年9月1日