一種高精度光學(xué)跟蹤工具的制作方法
【專利摘要】本實用新型一種高精度光學(xué)跟蹤工具，它包括剛性支架、主標記點群和第二標記點群；其中，主標記點群包括三個以上第一標記點，各第一標記點均設(shè)置在剛性支架上；第二標記點群包括一個或兩個第二標記點，當高精度光學(xué)跟蹤工具安裝在需要定位的設(shè)備上時第二標記點與每一第一標記點間的距離均大于50mm。當本實用新型在手術(shù)機器人上應(yīng)用時，主標記點群通過剛性支架安裝在手術(shù)機器人本體上，第二標記點群設(shè)置在末端工具上其中，由于第二標記點群中的標記點更接近末端工具的特定點，因此定位精度可以得到顯著的提高。另外可以通過改變第二標記點群的結(jié)構(gòu)，與主標記點群構(gòu)成不同的形狀，實現(xiàn)對第二標記點群的識別。再者若第二標記點群與主標記點群安裝不正確，系統(tǒng)可利用兩標記點群位置規(guī)則識別出這種錯誤，提醒使用者。
【專利說明】
一種高精度光學(xué)跟蹤工具
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實用新型涉及一種高精度光學(xué)跟蹤工具?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]定位精度是手術(shù)機器人最重要的一項性能，該精度主要指機器人的絕對空間精度。為適應(yīng)不同的手術(shù)，機器人往往備有多種不同類型的末端工具，這些末端工具多使用快速裝卸機構(gòu)和機器人本體相連接。由于機器人手臂自身機械精度的限制，往往采用在末端工具附近安裝光學(xué)跟蹤工具進行“手眼反饋”來提高精度。在這種情況下，手術(shù)機器人的精度往往依賴于光學(xué)立體定位技術(shù)的精度。光學(xué)立體定位技術(shù)是利用單目或雙目立體視覺原理，識別附著在被跟蹤物體上中預(yù)先設(shè)計的標志點，進而計算出被跟蹤物體的空間位置和方向。對于成熟的設(shè)備一般將標志點預(yù)先布置在一個剛體上，這個剛體稱之為光學(xué)跟蹤工具。由于原理的限制和提升精度的需求，被光學(xué)跟蹤工具上的標志點必須滿足某些限制條件。這些限制條件主要是點與點之間形成的點對的最小距離和不同點對之間距離的最小差，故而無法將標志點布置在一個很小的范圍內(nèi)，也相應(yīng)限制了光學(xué)跟蹤工具的最小尺寸。
[0003]機器人末端工具的絕對空間精度，以手術(shù)器械為例一般是指手術(shù)導(dǎo)針針尖的空間定位精度。此特定點的精度受光學(xué)跟蹤工具本身的大小及安裝距離影像，原則上希望提高精度需要盡可能將光學(xué)跟蹤工具中的標志點靠近特定點，或是增加光學(xué)跟蹤工具本身的大小。但是光學(xué)跟蹤工具往往受到限制無法靠近特定點，同時過大的光學(xué)跟蹤工具對使用有阻礙。
[0004]此外，末端工具類型的識別和狀態(tài)檢測也是手術(shù)機器人的一個重要的方面，這項工作一般通過術(shù)中自檢測來實現(xiàn)。術(shù)中自檢測是指在不改變醫(yī)療流程不添加額外步驟的前提下對機器人是否安裝了正確類型的末端工具、末端工具是否變形及安裝是否到位進行快速檢測。
【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高精度光學(xué)跟蹤工具，該光學(xué)跟蹤工具安裝在手術(shù)機器人(或者其它需要精確定位的設(shè)備上)能夠顯著提高定位精度，并且能夠?qū)δ┒斯ぞ叩念愋?、狀態(tài)進行快速檢測。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案:一種高精度光學(xué)跟蹤工具，其特征在于:它包括剛性支架、主標記點群和第二標記點群;其中，所述主標記點群包括三個以上第一標記點，各所述第一標記點均設(shè)置在所述剛性支架上;所述第二標記點群包括一個或兩個第二標記點，當所述高精度光學(xué)跟蹤工具安裝在需要定位的設(shè)備上時所述第二標記點與每一所述第一標記點間的距離均大于50_。
[0007]任意兩所述第一標記點間的距離均大于50mm且各所述距離的差大于5mm。
[0008]在所述主標記點群中至少有三個所述第一標記點成75°以下的夾角。
[0009]在所述第二標記點與所述第一標記點所組成的大群中，各標記點間距離的差大于5mm 〇
[0010]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、本實用新型包括一個主標記點群和一個第二標記點群，當本實用新型在手術(shù)機器人上應(yīng)用時，主標記點群通過剛性支架安裝在手術(shù)機器人本體上，第二標記點群設(shè)置在末端工具上其中，第二標記點群中的標記點數(shù)量可以視情況設(shè)置得較少(一個或兩個)，由于第二標記點群中的標記點更接近末端工具的特定點，因此定位精度可以得到顯著的提高。2、本實用新型設(shè)置在不同的末端工具上的第二標記點群不同，因此，可以通過檢測位置關(guān)系識別出當前使用的是哪一個末端工具。3、本實用新型可以用于末端工具的實時檢測，當末端工具沒有維持正常安裝或是發(fā)生損壞時，將由光學(xué)跟蹤設(shè)備的數(shù)據(jù)判斷出第二標記點群與主標記點群的位置關(guān)系不正確，從而提醒操作人員進行檢查，進行重新安裝或者更換。本實用新型可以廣泛應(yīng)用于需要精確定位的設(shè)備上?！靖綀D說明】
[0011]圖1是本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。
[0013]如圖1所示，本實用新型提出了一種高精度光學(xué)跟蹤工具，它包括剛性支架1、主標記點群和第二標記點群。其中，主標記點群包括三個以上標記點2,各標記點2均設(shè)置在剛性支架1上，并且標記點2的分布滿足以下兩個條件:①每任意兩標記點2間的距離大于50mm且各個距離的差大于5mm(以三個標記點ABC為例，有AB、AC、BC三條連線，這些距離應(yīng)亂序依次大于5〇111111、55111111、6〇111111);?至少有三個標記點2成75°以下的夾角(不共線)。第二標記點群包括一個或兩個標記點3,當本實用新型應(yīng)用于需要定位的設(shè)備上時，主標記點群通過剛性支架1連接在設(shè)備上，第二標記點群的安裝位置則滿足以下條件:標記點3與主標記點群中的每個標記點2間的距離均大于50mm，同時，在標記點3與標記點2所組成的標記點大群中各點距離的差大于5mm(以標記點2為ABC，標記點3為D為例，有AB、AC、AD、BC、BD、CD六條連線，這些距離排序后應(yīng)依次大于50mm、55mm、60mm、65mm、70mm、75mm、80mm)。
[0014]圖1是本實用新型在手術(shù)機器人上的應(yīng)用示意圖，在本實施例中，末端工具5通過快速連接機構(gòu)6與手術(shù)機器人本體4連接，本實用新型的剛性支架1安裝在手術(shù)機器人本體4 上，本實用新型的第二標記點群設(shè)置在末端工具5上，對于不同的末端工具5第二標記點群可以設(shè)置成不同的結(jié)構(gòu)(標記點3的數(shù)量及其與主標記點群的位置關(guān)系)。由于不同的第二標記點群與主標記點群的位置關(guān)系不同，因此可以通過檢測位置關(guān)系識別出當前安使用的是哪個末端工具5。而在使用時，當末端工具5沒有維持正常安裝或是發(fā)生損壞時，可以檢測出第二標記點群與主標記點群的位置關(guān)系不正確，從而提醒手術(shù)機器人的操作人員進行檢查，以重新安裝或者更換。此外，本實用新型由于標記點3相比與傳統(tǒng)光學(xué)跟蹤工具而言更接近末端工具5的特定點，因此定位精度有顯著的提高。
[0015]本實用新型不僅可以應(yīng)用于手術(shù)機器人，也可以應(yīng)用于任何一種需要精確定位的設(shè)備，在應(yīng)用在其它設(shè)備上時，使用方法與上述方式類似。
[0016]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)本實用新型的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】
1.一種高精度光學(xué)跟蹤工具，其特征在于:它包括剛性支架、主標記點群和第二標記點 群;其中，所述主標記點群包括三個以上第一標記點，各所述第一標記點均設(shè)置在所述剛性 支架上;所述第二標記點群包括一個或兩個第二標記點，當所述高精度光學(xué)跟蹤工具安裝 在需要定位的設(shè)備上時所述第二標記點與每一所述第一標記點間的距離均大于50mm。2.如權(quán)利要求1所述的一種高精度光學(xué)跟蹤工具，其特征在于:任意兩所述第一標記點 間的距離均大于50mm且各所述距離的差大于5mm。3.如權(quán)利要求2所述的一種高精度光學(xué)跟蹤工具，其特征在于:在所述主標記點群中至 少有三個所述第一標記點成75°以下的夾角。4.如權(quán)利要求1或2或3所述的一種高精度光學(xué)跟蹤工具，其特征在于:在所述第二標記 點與所述第一標記點所組成的大群中，各標記點間距離的差大于5_。
【文檔編號】A61B34/30GK205649543SQ201620272039
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2016年4月5日 公開號201620272039.3, CN 201620272039, CN 205649543 U, CN 205649543U, CN-U-205649543, CN201620272039, CN201620272039.3, CN205649543 U, CN205649543U
【發(fā)明人】李寅巖, 徐進, 王彬彬, 張維軍
【申請人】北京天智航醫(yī)療科技股份有限公司