CN113729944A - 使用单目定位跟踪器的自动化手术设备 - Google Patents

Abstract

一种使用单目定位跟踪器的自动化手术设备，包括基座、单目定位跟踪器、第一操作臂、第二操作臂和控制单元。单目定位跟踪器仅具有一个摄像机，用于识别并计算被跟踪目标的空间位置与姿态。第一操作臂固定于基座上，末端安装手术工具，用于执行具体手术任务。第二操作臂末端安装单目定位跟踪器，用于把持及驱动单目定位跟踪器的运动，使其靠近目标手术区域内的被跟踪目标；控制单元实时计算单目定位跟踪器获取的图像中被跟踪目标所处的空间位置与姿态，并驱动第一操作臂及其末端工具到达预设的位置与姿态。本发明提供的设备，不仅能够实现双目定位的精度，还能提升设备的整体性，降低设备占据的空间和造价，并利于提高手术作业的安全性和效率。

Description

使用单目定位跟踪器的自动化手术设备

技术领域

本发明涉及一种实施手术的设备，尤其涉及一种实施手术的自动化设备，以提高手术的自动化水平。

背景技术

目前的光学导航型手术机器人(如：Medtronic Mazor，Zimmer Rosa，StrykerMako，天智航天玑系统等)广泛使用双目红外定位跟踪器识别光学标志物，实现对手术目标的跟踪定位。双目定位(即采用两个摄像头定位)存在最小跟踪距离的约束，譬如目前在医疗手术机器人领域占据主要市场份额的加拿大North Digital Inc.公司生产的PolarisVega红外定位跟踪器，其最小跟踪距离约95cm，即小于该距离的近目标无法识别。当红外定位跟踪器与被跟踪目标之间出现其它物体时，可能对摄像头的可视范围造成遮挡，导致系统无法识别被跟踪目标，双目红外定位系统因最小跟踪距离的存在，极易出现视线遮挡。同时，前述的手术机器人系统普遍采用机械臂与双目红外定位跟踪器分离的分体式结构，这需要双目红外定位跟踪器保持对手术工具和手术部位上附着的被跟踪目标(如参考架，其属业内常用术语)的同时定位跟踪才能完成手术任务，这样的系统占据了较大手术室空间，不利于手术操作时的人员和设备布局。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种自动化手术设备，使用单目定位跟踪器实现手术目标的定位。

本发明的另一个目的在于提供一种自动化手术设备，可以适用于手术要求的无菌环境。

本发明的再一个目的在于提供一种自动化手术设备，使得定位跟踪器可以近距离靠近手术部位，保证对手术部位的位置与姿态追踪。

一种自动化手术设备，包括两个操作臂，各个操作臂包含两个或两个以上转动或移动自由度。

另一种自动化手术设备，包括两个操作臂，两个操作臂被固定在共同的基座上，两个操作臂之间具有明确的机械安装位置关系，即两个操作臂在基座上的相对位置得以确立，使得两个操作臂之间的坐标系统一。

另一种自动化手术设备，包含第一操作臂与第二操作臂，均为主动操作臂。

另一种自动化手术设备，包含第一操作臂与第二操作臂，第一操作臂为主动臂，第二操作臂为被动臂。

本发明的自动化手术设备，在仅使用单个能被单目定位跟踪器识别的被跟踪目标时，就能完成预期工作任务，此时仅需将被跟踪目标固定在目标工作部件上(如：拟实施手术的组织上)，而不需要对机械臂末端安装的具体工具进行位置与姿态的识别跟踪。

另一种自动化手术设备，包括第一操作臂与第二操作臂，在第一操作臂的末端设置手术工具，且手术工具与第一操作臂末端相对位置固定，第二操作臂末端设置单目定位跟踪器，且单目定位跟踪器与第二操作臂末端相对位置固定，使得第一操作臂和末端手术工具，以及第二操作臂和单目定位跟踪器具之间的坐标系统一。

坐标系统一应理解为，依据明确的坐标系之间的转化矩阵，实现将一个坐标系中的坐标与姿态转化到另外一个坐标系。

另一种自动化手术设备，包含控制单元，通过以上的坐标系统一，控制单元将可以实时计算第一操作臂末端固定的手术工具与固定第一操作臂的基座的相对位置，以及相对于单目定位跟踪器的相对位置与姿态，并可以将单目定位跟踪器坐标系下的坐标值转化为第一操作臂基座坐标系下的坐标值，从而控制单元可以驱动第一操作臂，使其末端工具到达单目定位跟踪器坐标系下的位置与姿态。

另一种自动化手术设备，还包括包含无菌隔离装置，其安装在单目定位跟踪器上，以保持无菌隔离。其具有一个光线可穿透的窗口，穿透窗口隔离有菌与无菌环境，这种窗口材质可以是透明塑料或玻璃等。其为一次性医疗用具，或可反复灭菌消毒。

为便于无菌隔离装置与单目定位跟踪器牢固装配，还设置了锁定机构，以将无菌隔离装置锁定安装在跟踪器前端，不发生松动。

另一种自动化手术设备，还将针对安装有无菌隔离装置的单目定位跟踪器进行摄像机标定，以确定摄像机受无菌隔离装置对其成像物理造成影响后，摄像机成像时的内部参数，如：但不限于焦距、畸变和成像中心等。由此使得控制单元将使用安装无菌隔离装置后标定的摄像机参数，对被跟踪标记物进行计算识别，以实现高精度追踪。

另一种自动化手术设备，被动操作臂还包括若干连杆，各个连杆相连接，连接处安装测量装置，获取各个连杆间相对角度及位移。该测量装置如：但不限于连续性的角度或直线位置区间测量输出装置，或包含一个及以上固定角度或直线位置的测量输出。

另一种自动化手术设备，其使用单目定位跟踪器进行被跟踪目标的定位跟踪，单目定位跟踪器包含针对光源的功率调整模块，可以通过软件设置动态调整光源亮度，从而控制光源形成的光场强度。

控制单元根据单目定位跟踪器计算时的伪标记点数量和计算代价，实时通过光源功率调整模块调节光场强度，保证单目定位跟踪器对被跟踪目标识别的成功率。

控制单元通过读取被动操作臂关节处的测量装置信息，计算被动操作臂末端的空间位置与姿态信息。

本发明中涉及的单目定位跟踪器，或对红外光或可见光反射目标成像，并实现对目标的追踪。

本发明技术方案实现的有益效果：

本发明提供的自动化手术设备，采用组合式双操作臂结构，双操作臂具备共同的基座，提升了设备的整体性。

本发明提供的自动化手术设备，采用单目定位跟踪器，其可识别追踪近距离目标，方便操作，同时利于提高手术的安全性。

本发明提供的自动化手术设备，采用了无菌隔离装置，可使单目定位跟踪器近距离靠近手术区的跟踪目标物，进入手术区的无菌环境中，有效避免了对定位跟踪器视觉遮挡造成的手术被干扰，提升用户体验

本发明提供的自动化手术设备，可以仅包含一个被跟踪目标，减少了手术中需要进行安装、标定及跟踪的目标数量，简化了操作

本发明提供的自动化手术设备，在系统仅配置一个被跟踪目标，并将其固定在目标手术部位的骨组织时，亦能完成手术任务，而无需对手术工具进行光学追踪，简化了手术流程，方便医生操作。

附图说明

图1为现有双目定位跟踪器一实施例的结构示意图；

图2为本发明设备采用的单目定位跟踪器的分解图；

图3为双目定位跟踪器所获取视野的一实施例的示意图；

图4为自动化手术设备上所采用的双操作臂一实施例的结构示意图；

图5为自动化手术设备上所采用的双操作臂另一实施例的结构示意图；

图6为使用磁编码器的连续测量的装置一实施例的示意图；

图7为使用行程开关的固定位置测量装置一实施例的示意图；

图8为无菌隔离装置一实施例的示意图。

具体实施方式

以下结合附图详细描述本发明的技术方案。本发明实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

图1为现有双目定位跟踪器一实施例的结构示意图，如图1所示双目定位跟踪器100包括面壳101、背壳105和两个光源102。光源102包含若干红外灯珠，用于发射红外光线，形成红外光场(基于可见光成像的双目定位跟踪器不包含光源102)，两个摄像头组件103包含感光芯片，镜头和滤光片等，其安置于电路基板104上。电路基板104包含计算单元，用于实时处理摄像头获取的影像并计算被跟踪目标的位置与姿态信息，这些信息包含三个位置信息以及三个姿态信息。双目定位跟踪器仅能识别出现在两个摄像头摄像范围重叠区域的被跟踪目标，即需要被跟踪目标同时出现在两个摄像头的拍摄视野中，这导致跟踪视野显著小于单摄像头时的情形。如图3所示的双目跟踪设置包含摄像头301,302，该设置下仅区域303可以保证同时被两个摄像头301,302观察到，即为双目定位跟踪器有效定位跟踪区域303。

图2为本发明设备采用的单目定位跟踪器的分解图。图2所示，单目定位跟踪器200包含第一外壳201、第二外壳205和光源202。光源202包含若干红外灯珠，用于发射红外光线，形成红外光场(基于可见光成像的单目定位跟踪器不包含光源202)，一个摄像机203，其包含感光芯片，镜头和滤光片等，摄像机203安置在电路基板204上。电路基板204或包含计算单元，用于计算被跟踪目标的位置与姿态信息，亦或具备通讯接口将摄像机采集到的图像通过通讯接口(此处的通讯接口可以是实体线路连接，如：USB和网线等，或无线连接，如：wifi和蓝牙等)发送给计算机，由计算机计算被跟踪目标的位置与姿态信息，这些信息包含三个位置信息以及三个姿态信息。电路基板204还具备针对光源202的功率调整模块(未示出，例如使用常见的可调节的恒流源调整光源电流值)，其可以控制光源202的亮度，从而控制光场强度，该功率调整模块可以通过软件(如控制单元)输入参数设置，实现对光源功率的动态调整。单目定位跟踪能识别出现在其视野中的全部目标，不受双目系统需要被跟踪目标被两个摄像机同时识别的约束，因此跟踪范围更大，跟踪距离更近，同时体积与重量仅为双目系统的一半甚至更小。

单目定位的一种示例方法如下：

1)标定摄像机，获取其内参(包括：但不限于焦距和成像中心坐标)和镜头畸变参数(包括：但不限于径向畸变和切向畸变)；

2)采集图像，利用阈值分割算法去除图像背景，对非背景区域进行八邻域连通区域标记，并计算出每一个标记的连通区域的中心(在图像上的二维像素坐标)作为一个标记点；

3)依据连通区域的面积大小和椭圆程度去除图像上的伪标记点；

4)依次任取四个或以上连通区域的标记点形成标记组合，与被跟踪目标上的标记点(被跟踪目标包含四个或以上标记，这些标记之间的相对位置坐标已知)实际几何特征进行二维与三维匹配(例如：常用的PNP单目视觉定位算法)，并利用匹配结果将被跟踪目标标记点对应的三维坐标转换至三维摄像机坐标系，再利用步骤1中获取的摄像机内参和畸变参数将三维摄像机坐标系下的标记点重新投影到摄像机成像平面，而得到虚拟二维像素坐标，计算这些虚拟二维像素坐标(即重投影结果)与其在实际摄像形成的摄像机图像上实际位置的距离作为重投影误差(这里的实际位置指所选取的标记组合中各标记点的实际位置)；

5)取重投影误差最小的匹配结果计算被跟踪目标在单目定位跟踪器坐标系下的位置与姿态。(匹配结果中已包含被跟踪目标在单目定位跟踪器坐标系下的位置与姿态，此处仅需从匹配结果矩阵中提取对应参数)

以上各个步骤之间并不存在必然的先后执行的关系，可以是并行的。

当单目定位跟踪器靠近被跟踪目标时(此处的靠近指距离较近，譬如距离在0～25cm内)，可能识别出大量的伪标记点，这些伪标记点通过前述单目定位方法步骤3)依然不能很好的去除，残余的伪标记点数量过多将导致计算步骤4)和步骤5)耗费的时间过长，而无法及时的提供计算结果。为此，本实施例还采用以下方法，减小剩余伪标记点的数量，同时保证手术过程的顺利进行，如：但不限于

1)将单目定位跟踪器置于被跟踪目标附近(0～25cm内)；

2)启动单目定位跟踪器开始采集一帧图像，并进入单目定位跟踪器的计算过程

3)根据去除伪标记点后剩余的标记点数量，计算标记组合的总排列组合数，并估算遍历组合的计算代价，譬如：计算时间。

4)当计算代价超过预设值时(譬如为保证定位跟踪器每秒输出30次数据，需要在33毫秒内完成所有遍历，并输出结果，可选取预设值为33ms内的某个值)，则进入步骤5)，否则，进入步骤7)；

5)控制单元通过动态调整单目定位跟踪器中光源的功率(譬如图2中的红外光源202)，动态调整光场中光线的强弱(这里的调整可以是线性调整，譬如等比例逐渐减弱)；

6)重新开始步骤2)、步骤3)及步骤4)，并开始循环，直至步骤4)中的计算代价小于预设值时停止循环，若在设定的时间值内(譬如1分钟)不能达到小于预设值，则控制单元报告错误，提示用户设备故障；

7)控制单元将使用当前设定的光源的功率值进行后续的持续单目定位跟踪计算。

图4为自动化手术设备上所采用的双操作臂一实施例的结构示意图。如图4所示，双主动臂系统400包括第一主动臂401和第二主动臂402构成，两个主动臂被安装在共同的基座407上，此处成90度安装，两个主动臂都具备6个旋转自由度，譬如两个UniversalRobots UR3，第一主动臂401的末端安装有6自由度力/力矩传感器405和手术工具406(此处示例为一个电动钻)。第二主动臂402末端安装有单目定位跟踪器403，其对准被跟踪目标404。基于前文提及的实施例，单目定位跟踪器403可以靠近(0～25cm内)被跟踪目标404，从而减少被跟踪目标被其它物体遮挡导致摄像头无法拍摄目标，从而造成手术中断的可能。被跟踪目标404被固定在目标手术区域408上，其包括若干反光标记4041，本实施例中为4个，这种反光标记可以在摄像机形成的图像上具有明显的规则边界，可以较容易被计算机程序识别并用于计算标记中心，最终用于确定被跟踪目标404的空间位置与姿态。

以下是实现双操作臂系统坐标系统一的一种实施方式：单目定位跟踪器403与第二主动臂402的操作末端之间存在预先设定的机械安装关系，手术工具406与第一主动臂401的操作臂末端存在预先设定的机械安装关系，第一主动臂401与第二主动臂402之间以预先设定的机械安装关系固定在基座407上。以上的预先设定的安装关系是在产品设计阶段即明确的一种安装关系，此处并不限制为任何一种唯一的安装关系。第一主动臂401的基坐标系与其对应的操作末端之间根据机器人的运动学原理，存在参数化(譬如D-H参数)的位置关系，这属于机器人学中的常识内容(参考：John J.Craig著，负超等译《机器人学导论》第三章)，同样，第二操作臂402的基座标系与其操作末端之间亦存在参数化关系，因而，通过以上的安装关系及参数化关系，可以实现将手术工具406的空间位置与姿态直接转化至单目定位跟踪器403坐标系下，同时可以实现将单目定位跟踪器403观测视野所在的坐标系转化至第一主动臂401的基坐标系，因而可以实现根据单目定位跟踪器403跟踪识别被跟踪目标404的位置与姿态，由控制单元发送命令使得第一主动臂401驱动手术工具406到达单目定位跟踪器403视野下由被跟踪目标404所确定(如：固定连接)的手术部位408上的某一个位置与姿态。此时，手术部位408正处于利于实施手术的位置或姿态，随后即可完成预定的工作，如：但不限于钻、磨和切割等。

由于主动臂采用电机在计算机控制下实现自主运动，其设备造价或成本较高。因此，本实施例中还采用被动型机械臂(或称：被动臂)以部分或全部替代主动臂。被动型机械臂是指由机械连杆组合而成，连杆之间的连接可以是转动副或移动副，连杆之间连接处具备连杆间相对角度或位移测量装置，可以测量连杆之间因转动或移动产生的相对角度或相对位移值；但不具备电机和减速机等，自重也更轻，虽无法达到通过计算机编程驱动电机让机械臂运动的目的，但可以在被人为施加一定的外力时运动。被动型机械臂遵循与主动型机械臂相同的运动学计算模型，既可以使用相同的方法计算被动型机械臂的正解及逆解，这种计算属于该领域常识性内容。(参考：John J.Craig著，负超等译《机器人学导论》第三章)

图5为自动化手术设备上所采用的双操作臂另一实施例的结构示意图。如图5所示，其为一个主动臂与一个被动臂的双操作臂机构500，其包含6自由度第一主动臂401(如：Universal Robots UR3)，被动臂502，第一主动臂401与被动臂502被固定安装在共同的基座507上，本实施例中呈180度安装；被动臂502包含3个被动旋转自由度，即第一关节5021、第二关节5022和第三关节5023。第一主动臂401的操作臂末端安装有6自由度的力/力矩传感器405，手术工具406(此处示例为一个电动钻)。被动臂502的操作臂末端安装了单目定位跟踪器503，其对准被跟踪识别目标404。基于前文提及的实施例，单目定位跟踪器503可以靠近(0～25cm内)被跟踪目标404，从而减少被跟踪目标被其它物体遮挡导致摄像头无法拍摄目标，从而造成手术中断的可能。被跟踪目标404由若干反光标记4041构成，此处为4个，被跟踪目标404被固定在目标手术区域408上。

以下是实现以上双操作臂实施例坐标系统一的一种方式：单目定位跟踪器503与被动臂502的操作末端之间存在预先设定的机械安装关系，手术工具506与第一主动臂401的操作臂末端存在预先设定的的机械安装关系，第一主动臂401与被动臂502之间以预先设定的机械安装关系固定在基座507上。以上的预先设定的安装关系是在产品设计阶段即明确的安装关系，此处并不限制为任何一种唯一的安装关系。安装第一主动臂401与被动臂502的基座507与其对应的各自操作末端之间根据机器人的运动学原理，存在参数化的位置关系，这属于机器人学中的常识内容。因而，通过以上的安装关系及参数化关系，可以实现将手术工具406的空间位置与姿态直接转化至单目定位跟踪器503坐标系下，同时可以实现将单目定位跟踪器503观测视野所在的坐标系转化至第一主动臂401的基坐标系，因而可以实现根据单目定位跟踪器503所跟踪目标404的位置与姿态，由计算单元发送命令使得第一主动臂401驱动手术工具406到达单目定位跟踪器503视野下由被跟踪目标404(如：固定连接)所确定的手术部位408上某一个位置与姿态，此时，手术部位408正处于利于实施手术的位置或姿态，随后即可完成预定的工作，如：但不限于钻、磨和切割等。

被跟踪目标与目标手术区域存在刚性的安装关系，比如：刚性较强的骨组织，可以视被跟踪目标与目标手术区域为一个刚体。本实施例中，双操作臂手术机器人系统在运行时可以仅使用一个被跟踪目标，用于定位追踪目标手术区域。这种特点优于目前同类手术机器人普遍使用的两个被跟踪目标(一个固定在手术工具上，用于定位追踪手术工具，另一个固定在患者手术部位，用于定位追踪目标手术区域)。这主要是因为手术工具相对于其对应的单目定位跟踪器的空间位置与姿态可由前文描述的坐标关系确定。

本实施例中的被动型机械臂，其包含的连杆间相对角度或位移测量装置可以是连续的测量装置，或者固定的若干个角度或位移的测量装置。所述连续的测量装置，即可以连续不间断测量输出某一角度或直线位置区间的一定的角度或位移变化数值，这里的一定的角度或位移变化体现于测量装置的测量分辨率。所述的固定的若干个角度或位移的测量装置，即连杆到达某一个角度位置或位移位置后，触发该位置的位置开关，实现位置的信号输出，这里的位置开关之间存在预设的角度或位移变化值。一种连续的测量装置可以是角度或位移编码器，例如：磁编码器，位置开关可以是行程开关，这类编码器或行程开关已广泛运用于常规工业领域。

图6为使用磁编码器的连续测量的装置一实施例的示意图。如图6所示，连续测量装置600包括第一连接件601、第二连接件602、磁编码器读头安装面603、磁编码器码盘安装面604、读头605和码盘606。第一连接件601和第二连接件602系机械连杆的两端连接处，当其之间相对转动时，读头605不断读取并输出码盘606上的位置测量信号。

图7为使用行程开关的固定位置测量装置一实施例的示意图。如图7所示，固定位置测量装置700包括第三连接件701、第四连接件702、触头705和两个行程开关706。第三连接件701和第四连接件702为机械连杆的两端连接处，当转动发生时，触头705撞击行程开关706中的任何一个都将触发开关信号，提示到达该位置。

单目定位跟踪器包含电子元件，其不方便直接用于常规的灭菌方法(如：蒸汽灭菌将破坏内部构成)，同时因为其靠近手术目标区域，进入了手术无菌区域，可能对手术部位造成病菌感染，因而需要在手术时对其进行无菌隔离，以保证手术区域的无菌。本实施例还提供一种无菌隔离装置，用于与单目跟踪定位器组合，实现对跟踪定位器前端面的无菌隔离。该装置包括隔离框架本体，光学透明材料以及紧固装置。隔离框架本体可以是塑料制成的一次性医疗用具，也可以是金属材质可反复灭菌消毒，其具备可以容纳单目定位跟踪器前端合适的腔。光学透明材料如：透明玻璃和塑料等。一种材质如：PET，具有较好的透光性，可以用于本实施例涉及的应用场景中，作为一次性使用医疗用具。框架本体用于固定光学透明材料，同时包含紧固装置，可以在单目定位探头安装进入无菌隔离装置后，用于锁定两者之间的配合。单目跟踪器的后端，可以使用常规的手术室用无菌防护套进行隔离(这种保护套被广泛运用于手术室用于隔离医疗设备，如：医用显微镜等)，以保证跟踪器整体被无菌隔离。

图8为无菌隔离装置一实施例的示意图。如图8所示，隔离装置本体8011、透明玻璃材质8012和夹紧装置8013构成无菌隔离装置。本体8011具有配合单目定位跟踪器前端的通孔8014，透明玻璃材质8012用于遮挡通孔8014，在保证光线穿过的同时，实现无菌隔离。跟踪器200装入无菌隔离装置后，夹紧装置8013用于紧固两者之间的配合，使其不易发生松动，这种紧固可以是多种形式，如锁扣形式，磁性吸引等。无菌隔离装置整体可以制造成一次性无菌医疗用具，在使用后丢弃，防止病菌感染。

无菌隔离装置被安装到单目定位跟踪器后，将改变跟踪器已有的光学成像物理情况，透明材质材料将对光发生吸收，反射或者折射，影响对目标识别时的定位精度，因此在对摄像机的内部参数(如：焦距，畸变和中心等)进行标定时，需要考虑到透明材质的影响。本实施例中将无菌隔离装置安装到跟踪器上并紧固后，再进行摄像机标定确定摄像机内参，以此补偿透明材质造成的影响。计算机在获得定位跟踪器中的摄像头成像标定结果后，使用以上的标定结果进行计算，以保证对目标识别定位的准确性。

Claims (13)

1.一种自动化手术设备，其特征在于包括：

基座，其用于建立参照系；

单目定位跟踪器，其仅具有一个摄像机，用于识别并计算被跟踪目标的空间位置与姿态；

第一操作臂，其固定于基座上，末端安装了手术工具，用于执行具体手术任务；

第二操作臂，其末端安装所述的单目定位跟踪器，为主动操作臂或被动操作臂，用于把持及驱动单目定位跟踪器的运动，使其靠近目标手术区域内的被跟踪目标；

控制单元，其实时计算所述的单目定位跟踪器获取的图像中被跟踪目标所处的空间位置与姿态，并计算手术工具相对于所述的基座，以及相对于所述的单目定位跟踪器的相对位置与姿态，实现对所述的手术工具所处位置与姿态跟踪，同时根据上述识别的被跟踪目标位置与姿态，向第一操作臂发送指令，驱动其在附着了被跟踪目标的目标手术区域完成预期工作任务，譬如使手术工具到达相对于被跟踪目标的某个预设位置与姿态。

2.根据权利要求1所述的自动化手术设备，其特征在于所述的单目定位跟踪器还具备光源功率调整模块，实施动态调整光源亮度。

3.根据权利要求1所述的自动化手术设备，其特征在于所述的控制单元实时控制单目定位跟踪器中的光源功率调整模块，从而动态调整光源亮度，提升定位跟踪器识别的成功率。

4.根据权利要求1所述的自动化手术设备，其特征在于所述的第二操作臂被固定于所述的基座上，两个操作臂在基座上的相对位置得以确立，使得两个操作臂之间的坐标系统一。

5.根据权利要求1所述的自动化手术设备，其特征在于所述的单目定位跟踪器可识别并计算所述被跟踪目标的六自由度空间位置与姿态。

6.根据权利要求1所述的自动化手术设备，其特征在于所述的控制单元还驱动所述的第一操作臂，使其末端的所述的手术工具到达所述的单目定位跟踪器坐标系下所设定的位置与姿态，并完成预定工作任务。

7.根据权利要求1所述的自动化手术设备，其特征在于还包括被跟踪目标支架，其被用于与手术工作区域的刚性实体连接，体现所述刚性实体的空间位置与姿态。

8.根据权利要求1所述的自动化手术设备，其特征在于所述的被动操作臂还包括若干连杆，各个所述的连杆相连接，连接处安装测量装置，获取各个所述的连杆间的相对角度及位移。

9.根据权利要求8所述的自动化手术设备，其特征在于所述的控制单元通过读取被动操作臂关节处的测量装置信息，计算被动操作臂末端的空间位置与姿态信息。

10.根据权利要求1所述的自动化手术设备，其特征在于还包括无菌隔离装置，其具有被光线穿透的窗口，安装在所述的单目定位跟踪器的前端，用以对单目定位跟踪器的前端进行无菌隔离，并保持单目定位跟踪器精度不降低。

11.根据权利要求10所述的自动化手术设备，其特征在于还在所述的无菌隔离装置与所述的单目定位跟踪器的装配处设置锁定机构，以将所述的无菌隔离装置锁定安装在跟踪器前端，不发生松动。

12.根据权利要求10所述的自动化手术设备，其特征在于还将针对安装所述无菌隔离装置的所述单目定位跟踪器进行摄像机标定，以确定摄像机成像时的内部参数。

13.根据权利要求1所述的自动化手术设备，其特征在于所述的单目定位跟踪器对所述的被跟踪目标定位的方法包括：

1)标定摄像机，获取其内参和镜头畸变参数；

2)采集图像，对每一个连通区域进行标记，并计算所标记区域的中心，作为一个标记点；

3)去除环境中的伪标记点；

4)依次任取四个或以上的标记点形成标记组合，与所述的被跟踪目标实际几何特征进行二维与三维匹配，并利用匹配结果、摄像机内参和畸变参数对各个标记点做重投影，将重投影结果与标记组合中各标记点的坐标进行对比，计算重投影误差；遍历所有标记组合，并相应获得各个重投影误差；

5)取步骤4)所有标记组合中重投影误差最小的匹配结果计算所述的被跟踪目标在单目定位跟踪器坐标系中的位置与姿态。

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