CN116370089B

CN116370089B - 用于检测穿刺手术机器人定位精度的方法及系统

Info

Publication number: CN116370089B
Application number: CN202310575165.0A
Authority: CN
Inventors: 甘承军; 崔禹恒; 周羽; 隋晨光
Original assignee: Suzhou Piner Medical Technology Co ltd
Current assignee: Suzhou Piner Medical Technology Co ltd
Priority date: 2023-05-22
Filing date: 2023-05-22
Publication date: 2023-11-24
Anticipated expiration: 2043-05-22
Also published as: CN116370089A

Abstract

本发明公开了一种用于检测穿刺手术机器人定位精度的检测方法及系统。检测系统包括有穿刺手术机器人、标定板、标准指针、测试平台和检测装置。其中穿刺手术机器人包括有机械臂、将3D视觉相机和穿刺针组合成一整体的激发装置、穿刺手术机器人控制器，标准指针与激发装置能拆卸和相互更换地固定安装在所述机械臂末端，检测装置包括由厚钢板加工成一整体的底座，与所述底座组装连接的检测用的多个不同高度的位置指针及多个不同高度和不同摆放角度的定位标记。通过具体的检测方法可以对穿刺手术机器人使用3D视觉相机定位的过程中进行定位精度检测，还可以对定位标记的测量精度进行检测，确保穿刺手术机器人中机械臂能精准地到达某一固定点。

Description

用于检测穿刺手术机器人定位精度的方法及系统

技术领域

本发明涉及穿刺手术机器人领域，具体地说，涉及一种用于检测穿刺手术机器人定位精度的方法及系统。

背景技术

穿刺手术机器人采用与穿刺针组合后一起安装在机械臂末端的3D视觉相机进行定位，定位的具体过程分为两个阶段：

第一阶段是先通过安装在机械臂末端的3D视觉相机对置于CT机（床）中的标定板拍照，确定标定板坐标系（也称世界坐标）与机械臂坐标系之间的坐标转换关系，再结合CT机对放置在CT床中标定板扫描后获得的CT扫描数据，确定出CT机坐标系与标定板坐标系之间的坐标转换关系，从而确定出CT机坐标系与机械臂坐标系之间的坐标转换关系，为第二阶段做好准备。

第二阶段是确定好坐标转换关系后，在执行每一次穿刺手术过程中由3D视觉相机对安放在目标体体表穿刺点的定位标记进行拍照，迅速识别、计算出定位标记中心点的坐标值A（在机械臂坐标系下），紧接着由CT机对定位标记进行扫描，获取定位标记中心点在CT机坐标系下的坐标值B，通过坐标转换关系将坐标值B转换成机械臂坐标系下的坐标值C，穿刺手术机器人通过对坐标值A和坐标值C的判断、比较来决定是否执行穿刺手术。

但是在执行穿刺手术之前，首先需要对整个穿刺手术机器人的定位精度进行检测，即上述两个阶段涉及的精度进行检测。目前评价机器人系统定位精度的指标有绝对精度、重复精度等，由于机器人使用的领域不同，现有机器人大多注重复复精度的检测，并且检测设备结构复杂。而本发明中涉及的穿刺手术机器人，需要准确无误地一次性完成穿刺手术，不能重复进行，因此最为重要的是绝对精度，本发明的目的在于找到一种结构简单、仅对绝对精度进行检测的系统及方法，确保机械臂末端的穿刺针能准确无误地移动到指定的目标位置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于检测穿刺手术机器人定位精度的方法及系统。可以对穿刺手术机器人不同阶段的精度进行检测，并且结构简单、检测过程操作简便，能准确无误地检测出穿刺手术机器人的定位精度，确保机械臂能携带穿刺针准确无误地移动到指定的目标位置，等待执行穿刺的指令。

本发明中用于检测穿刺手术机器人定位精度的方法，用于检测穿刺手术机器人的绝对精度，按以下步骤执行：

1）将标定板安装在检测装置中，所述检测装置中固定安装有多组高低不同的位置指针、多组高低及摆放角度均不同的定位标记，每组所述位置指针及每组所述定位标记分别安装在对应的、具有固定位置的测试点位中，定义所述标定板的坐标系原点，建立标定板坐标系，获取每组所述位置指针针尖及所述定位标记中心点在所述标定板坐标系中对应的坐标值，称第一坐标值；

2）依据标定板坐标系与CT机坐标系之间的转换关系将每组所述位置指针针尖和所述定位标记中心点的第一坐标值转换成CT机坐标系下的坐标值，称第二坐标值；

3）将3D视觉相机安装在所述穿刺手术机器人机械臂末端，运行并完成标定程序，获取标定板坐标系与机械臂坐标系之间的转换关系，依据步骤2）中标定板坐标系与CT机坐标系之间的转换关系进一步获取CT机坐标系与机械臂坐标系之间的转换关系；

4）运行 3D 视觉相机的测量程序，识别、获取每组所述定位标记中心点在机械臂坐标系下的坐标值，依据步骤3）中CT机坐标系与机械臂坐标系之间的转换关系转换成CT机坐标系下的坐标值，称第三坐标值；

计算每组所述定位标记在第三坐标值与第二坐标值之间的距离偏差，称第一距离偏差，用于判断所述定位标记的测量是否满足测量精度的要求；

5）卸下所述3D视觉相机，在所述机械臂末端安装标准指针，输入所述标准指针的工件数据；

6）在所述穿刺手术机器人控制界面分次输入每组所述位置指针针尖在CT机坐标系下的第二坐标值，每次输入所述位置指针针尖在CT机坐标系下的第二坐标值后，均执行以下步骤：依据步骤3）中CT坐标系与机械臂坐标系之间的转换关系，将所述第二坐标值转换成机械臂坐标系下的第四坐标值，命令机械臂带动所述标准指针运动到所述第四坐标值对应的指定位置，判断所述标准指针的针尖与所述位置指针的针尖是否触碰在一起，如果触碰在一起，则距离偏差为零，若没有触碰在一起，测量出所述位置指针针尖与所述标准指针针尖的距离偏差，称第二距离偏差，用于判断标定过程的精度；

7）判断每组所述定位标记的第一距离偏差、每组所述位置指针针尖与所述标准指针针尖的第二距离偏差是否同时满足穿刺手术机器人的定位精度。

优选地，步骤6）由以下步骤所替代：

6.1）解开机械臂的锁定，依序手动拖动所述机械臂携带所述标准指针分别运动到每组所述位置指针的针尖处，目测所述位置指针的针尖与所述标准指针的针尖相对距离为零时停止，利用机械臂内部的坐标反馈系统和步骤3）中 CT 机坐标系与机械臂坐标系之间的转换关系，在所述穿刺手术机器人控制界面显示每组所述位置指针针尖在 CT 机坐标系下的坐标值，称第五坐标值；

6.2）将每组位置指针的第五坐标值与第二坐标值进行比较，按以下公式计算每组位置指针针尖的第二坐标值与第五坐标值之间的距离偏差di，为第二距离偏差；

；

其中：i为每一组位置指针的序号。

优选地，所述步骤2）中，所述标定板坐标系与CT机坐标系的转换关系按以下步骤获得：

2.1）由CT机对所述检测装置中的标定板扫描；

2.2）找出所述标定板中标定球球心在标定板坐标系下的坐标值与所述标定球球心在CT机坐标系下坐标值的一一对应关系；

2.3）依据上述一一对应关系，建立标定板坐标系与CT机坐标系之间的转换关系。

优选地，步骤4）中增加将每组所述定位标记的第一距离偏差总和后求均值，计算出所有第一距离偏差的平均偏差，以及计算出所有第一距离偏差的均方根误差的步骤；

步骤6）中增加将每组所述位置指针的距离偏差总和后求均值，计算出所有第二距离偏差的平均偏差，以及计算出所有第二距离偏差的均方根误差的步骤。

优选地，步骤4）中，每组所述定位标记在第三坐标值与第二坐标值之间的距离偏差Di通过以下公式计算得出；

；

其中：i为每一组定位标记的序号。

优选地，所述检测装置中固定安装有多组高低呈等差数列分布的位置指针、多组高低呈等差数列分布的定位标记。

优选地，所述定位标记的摆放角度相对于水平面分别为0度、30度和45度。

优选地，步骤5）中，输入所述标准指针的工件数据后，在所述穿刺手术机器人控制器内部，对机械臂坐标系依据所述标准指针的工件数据进行调整。

本发明中用于检测穿刺手术机器人定位精度的系统包括有穿刺手术机器人、标定板、标准指针、测试平台和检测装置，所述穿刺手术机器人包括有机械臂、将3D视觉相机和穿刺针组合成一整体的激发装置、穿刺手术机器人控制器，所述标准指针与所述激发装置能拆卸和相互更换地固定安装在所述机械臂末端，所述检测装置包括由厚钢板加工成一整体的底座，与所述底座组装连接的检测用的多个不同高度的位置指针及多个不同高度和不同摆放角度的定位标记，所述标准指针为多个所述位置指针中的一个。

本发明中的检测方法及系统采用结构简单，组装方便的检测装置，由于检测装置加工简单，可以保证加工精度，为方法及系统的精度检测提供足够前提条件。使用本发明中的检测装置后，通过每个定位标记、位置指针的距离偏差Di、di可以判断穿刺手术机器人的机械臂每次能否精准或在误差范围之内运动到固定位置点，确保穿刺手术机器人的手术安全。

并通过计算平均偏差ΔD、ΔD’，均方根误差δ1、δ2可以更加精准、科学地判断穿刺手术机器人机械臂每次都能精准地运动到固定位置点，用于判断穿刺手术机器人的定位精度是否已满足要求，确保穿刺手术机器人的手术安全。

附图说明

图1 是使用本发明中检测系统的结构示意图。

图2是本发明中检测装置与标定板组合时的立体结构示意图。

图3是本发明中底座的立体结构示意图。

图4是本发明中标定板的立体结构示意图。

图5是本发明中底座的俯视示意图。

图6是图5中沿A-A线的剖视结构示意图。

图7是图5中沿B-B线的剖视结构示意图。

图8是图5中沿C-C线的剖视结构示意图。

图9是本发明中位置指针的结构意图，该图中示出a1、a2、a3、a4四种不同高度的位置指针。

图10是本发明中第一底座柱块的结构示意图。

图11是本发明中第二底座柱块的结构示意图。

图12是本发明中第三底座柱块的结构示意图。

图13是本发明中第四底座柱块的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施例作详细说明。

需要说明的是，在本申请文件中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用于将一个部件与另一个部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

如图1所示，本发明中用于检测穿刺手术机器人定位精度的系统包括有穿刺手术机器人、标定板7、标准指针3、测试平台6、检测装置1。其中穿刺手术机器人包括有机械臂2、将3D视觉相机4和穿刺针（图中未示出）组合成一整体的激发装置（图中未示出）、安装有3D视觉专用软件的计算机5（也称穿刺手术机器人的控制器），组装有3D视觉相机4的激发装置可拆卸地固定安装在机械臂2末端，可以与标准指针3相互更换安装。

如图1和图2所示，本发明中的测试平台6可以是CT机，将检测装置1直接平放在测试平台6上，穿刺手术机器人稳固地放置在测试平台6旁便于机械臂2移动的位置。当然测试平台6也可以是常用的稳定置物台，在计算机5中输入CT机对标定板7扫描后的扫描数据，以及标定球72在标定板坐标系中的坐标数据，由计算机5计算出CT机坐标系与标定板坐标系之间的坐标转换关系ω1，也可以将该坐标转换关系ω1提前置入直接调用即可，如此可以在没有CT机等特殊医疗设备的前提下也可以完成穿刺手术机器人的定位精度检测，而不需要将整个手术机器人系统安装在CT室，从而大大简化了研发过程中的测试工作，有助于加快穿刺手术机器人的研发速度。

如图2、图3和图4所示，穿刺手术机器人专用的标定板7采用本发明创作人在中国专利申请号为CN2022217581295中公开的标定装置。标定板7的底板71呈长方形，其外径尺寸的长宽高为160 mm *140mm*5 mm，为了配合底板71的外形尺寸，本发明中的检测装置1包括厚钢板加工成一体的底座11，优先选用厚度为10-20mm、长为280-310mm，宽为230-260mm的不锈钢钢板，例如，本发明优先选用厚度为15mm、长为295mm、宽为245mm的不锈钢钢板。

底座11的中间位置设置第一安装部，用于嵌入设置标定板7的底板71，在第一安装部的四周形成第二安装部，用于安装检测用的多个位置指针10和多个定位标记15。本实施例以设置有四个位置指针10，分别为a1，a2，a3和a4；三个定位标记15，分别为A1，A2和A3为例，并不以此为限，具体数量可以根据需求增减设置，但位置指针10和定位标记15均需在三个以上。

第二安装部将第一安装部围在内部后形成沉孔12，具体是：第一安装部为位于底座11中间位置的长方形沉孔12，沉孔12与标定板7底板71的外形及外径尺寸相同，即沉孔12的长宽高为160mm *140mm*5mm，标定板7的底板71刚好嵌入沉孔12内。沉孔12的长边与底座11的长边平行，方便坐标值的换算。在沉孔12底部面板的四个角落处均开设有一个第二通孔14，当标定板7的底板71嵌入沉孔12内时，标定板7的支脚70刚好进入对应的第二通孔14内。沉孔12的底部面板与第二安装部连接的四条直角边的中间位置均设有一个直径为40mm的第一通孔13，如图3所示，第一通孔13的1/3-1/2通孔面积位于沉孔12的底部面板上，剩余通孔面积位于第二安装部，优选地，第一通孔13的直径与沉孔12的直角边共线。第一通孔13的直径至少在35mm以上，方便手动将标定板7从沉孔12内取出与置入。

如图5、图6、图7和图8所示，底座11在第二安装部设置有六个以上的测试点位，本实施例优选设置有8个。具体分布如下：位于第二安装部长边两端分别设置有三个第一测试点位16，短边两端各设置有一个第二测试点位19，三个第一测试点位16的中间一个的中心点位于底座11的中心线D上，两个分别位于中心线D两侧的等距离位置上，本实施例将位于两边的第一测试点位16设置在沉孔12长边的沿长线上，六个第一测试点位16分别沿底座11的两条中心线轴对称分布。两个第二测试点位19的中心点也位于底座11的中心线上，如此分布可以非常精准地计算出每个第一测试点位16、每个第二测试点位19中心点在标定板坐标系内的坐标值。8个测试点位的大小、形状均相同，且均为沉孔结构，方便选择使用与组装对应的四个位置指针10和三个定位标记15。

如图2所示，三个定位标记15经第二底座柱块21、第三底座柱块22和第四底座柱块20分别与底座11上的两个第二测试点位19、一个第一测试点位16固定连接，其中第二底座柱块21、第四底座柱块20连接的定位标记15分别位于底座11短边两端的两个第二测试点位19上，第三底座柱块22连接的定位标记15位于底座11长边一端中间位置的一个第一测试点位16上，余下五个第一测试点位16供四个位置指针10分布设置，在底座11长边两端各设置两个位置指针10，其中高度相对较高两个位置指针a1、a2靠近第三底座柱块22的一端设置。

所有位置指针10经第一底座柱块17，定位标记15分别经第二底座柱块21、第三底座柱块22、第四底座柱块20固定组装在底座11开设沉孔12的同一侧面，如图2所示。将标定板7嵌入沉孔12后，使标定板7中相对较高的两个立柱73、定位球72靠近第四底座柱块20放置，方便CT机对标定板7中标定球72的扫描，以及3D视觉相机4对标定板7中标志结构74的拍摄。

如图10所示，第一底座柱块17呈圆柱状，用于安装位置指针10，第一底座柱块17的第一端设置有内螺纹孔18，用于连接位置指针10的连接部101，第二端也设置有内螺纹孔18，经连接件（螺栓等）与底座11的第一测试点位16锁合固定。对于第一底座柱块17中内螺纹孔18的设置均为标准件加工，在此不再详细描述。

如图9所示，本实施例选用的四个位置指针10，每个位置指针10均包括有连接部101、本体部102和针尖部103。每个位置指针10一体成形，并且每个位置指针10的连接部101、针尖部103的结构、形状完全相同，不同之处在于本体部102的高度不同，为了方便坐标值的换算，四个位置指针a1、a2、a3、a4本体部102的高度分别为35mm 、25mm、15mm、5mm，呈等差数列分布。如图2所示，四个位置指针10经第一底座柱块17固定安装在四个第一测试点位16上。另，为了方便精度检测，本实施例中的标准指针3直接选用高度为35mm的位置指针a1，当然也可以选用其余三个位置指针10中的任意一个，位置指针10的连接部101可以直接与机械臂2锁固连接，选用不同的位置指针10，只需将被选择使用的位置指针10的工件数据直接输入计算机5即可，需要在穿刺机器人的控制系统内对机械臂坐标系进行重新定义与换算，此操作对于本领域的技术人员来说是容易实现的，在此不再详细描述。

定位标记15采用本发明的创作人在中国专利CN2022113329810中公开的定位件，具体结构不再详细描述。

如图11所示，第二底座柱块21呈圆柱状，第一端设置有供连接件与底座11中第二测试点位19固定连接的内螺纹孔18，第二端呈水平面，在第二端的中心位置一体成形有能插入定位标记15中心通孔内的短圆柱体23。

如图12所示，第三底座柱块22呈圆柱体状，第一端设置有供连接件与底座11中第一测试点位16固定连接的内螺纹孔18，第二端呈倾斜面24，倾斜面24与水平面呈30度角，在倾斜面24的中心位置一体成形有能插入定位标记15中心通孔内的短圆柱体23。

如图13所示，第四底座柱块20呈圆柱体状，第一端设置有供连接件与底座11中第二测试点位19固定连接的内螺纹孔18，第二端呈倾斜面24，倾斜面24与水平面呈45度角，在倾斜面24的中心位置一体成形有能插入定位标记15中心通孔内的短圆柱体23。

穿刺手术机器人使用3D视觉相机定位的过程中，由于被分成两个阶段，因此对于穿刺手术机器人的定位精度进行检测时，也需要分成两个阶段，既要对穿刺手术机器人使用3D视觉相机标定过程的精度进行检测，还要对定位标记的测量精度进行检测，只有标定过程的精度和定位标记的测量精度均达到相应的要求，才能符合穿刺手术机器人的定位精度要求，才能确保机械臂精准地到达某一固定点，在使用本发明中检测装置后具体的检测过程可以由多个不同实施例来完成。

实施例一

1）将标定板7安装在检测装置1的沉孔12内，将检测装置1连同标定板7一起平稳地放置于测试平台6上。在此步骤中，如图2所示，需将标定板7中相对较高的两个立柱73、定位球72靠近第四底座柱块20放置，并定义标定板7左下角G点为原点，建立标定板坐标系，由于标定板7直接安装在检测装置1的沉孔12内，与沉孔12贴合，则四个位置指针10针尖和三个定位标记15中心点在标定板坐标系中的坐标值均为固定值，称第一坐标值。四个位置指针10针尖的第一坐标值分别为：a1（x1₁，y1₁，z1₁），a2（x2₁，y2₁，z2₁），a3（x3₁，y3₁，z3₁），a4（x4₁，y4₁，z4₁）；三个定位标记15中心点的第一坐标值分别为：A1（x1₁，y1₁，z1₁），A2（x2₁，y2₁，z2₁），A3（x3₁，y3₁，z3₁）。

2）将检测装置1连同标定板7一起由测试平台6（CT机）进行扫描，依据标定板7上标定球72在 CT 机上的扫描数据和标定球72在标定板坐标系下坐标数据的对应关系，获得标定板坐标系与CT机坐标系的转换关系ω1，依据该转换关系ω1可以将上述步骤1）中四个位置指针10的针尖、三个定位标记15中心点的第一坐标值换算成在CT机坐标系下的坐标值，称第二坐标值。其中四个位置指针10针尖的第二坐标值分别为：a1（x1₂，y1₂，z1₂），a2（x2₂，y2₂，z2₂），a3（x3₂，y3₂，z3₂），a4（x4₂，y4₂，z4₂）；三个定位标记15中心点的第二坐标值分别为：A1（x1₂，y1₂，z1₂），A2（x2₂，y2₂，z2₂），A3（x3₂，y3₂，z3₂）。

此步骤中，由CT机对检测装置1中的标定板7扫描，通过找出标定板7中标定球72球心在标定板坐标系下的坐标值与标定球72球心在CT机坐标系下坐标值的一一对应关系，再依据该一一对应关系，建立标定板坐标系与CT机坐标系之间的转换关系ω1。

3）将3D 视觉相机4（激发装置）安装在机械臂2末端，运行标定程序，完成标定程序的拍摄，获取标定板坐标系与机械臂坐标系之间的转换关系ω2，依据步骤2）中标定板坐标系与CT机坐标系之间的转换关系ω1，可以获得CT机坐标系与机械臂坐标系之间的转换关系Ω。此步骤中，3D视觉相机的标定程序为现有技术，在此不再详细说明。

4）运行 3D 视觉相机的测量程序，获取每组定位标记15中心点在机械臂坐标系下的坐标值，依据步骤3）中CT机坐标系与机械臂坐标系之间的转换关系Ω转换成CT机坐标系下的坐标值，称第三坐标值；三个定位标记15中心点的第三坐标值分别为：A1（x1₃，y1₃，z1₃），A2（x2₃，y2₃，z2₃），A3（x3₃，y3₃，z3₃）。本发明中涉及的转换关系均属于数学关系，对计算机领域的技术人员来说是容易实现的，在此不再详细给出具体的数学关系。

通过以下公式（1）计算出每组定位标记15在第三坐标值与第二坐标值之间的第一距离偏差Di，分别为D1、D2、D3。

。

其中：i为每一组定位标记15的序号。

如果所有第一距离偏差Di均为0或在允许的误差范围之间，则可以判断每一组定位标记15的测量精度符合要求，即利用每一组定位标记15获得的第一距离偏差可以判断定位标记15的测量精度是否满足测量精度的要求，实现对定位标记15的测量精度进行检测。

还可以再将三组定位标记15的第一距离偏差Di总和后求均值，即可以通过以下平均偏差计算公式（2）计算获得所有第一距离偏差Di的平均偏差ΔD。

ΔD=（D1+D2+D3）/3 （2）。

同时还可发通过以下均方根误差计算公式（3）计算所有第一距离偏差Di的均方根误差δ1。

。

依据平均偏差ΔD和均方根误差δ1可以更加精准、科学地判断定位标记15的测量精度是否满足要求。

5）卸下3D视觉相机4（激发装置），安装上标准指针3，并输入标准指针3的工件坐标数据，输入标准指针3的工件数据后，在穿刺手术机器人控制器内部，对机械臂坐标系依据标准指针3的工件数据进行调整，此步骤的调整对本领域的技术人员来说是容易实现的，不再详细说明。

6）往计算机5（穿刺手术机器人控制界面）分次输入每组位置指针10针尖在CT机坐标系下的第二坐标值。

首次输入一个位置指针10（例如位置指针a1）针尖在CT机坐标系下的第二坐标值a1（x1₂，y1₂，z1₂）后，执行以下步骤：

依据步骤3）中CT机坐标系与机械臂坐标系之间的转换关系Ω，将第二坐标值a1（x1₂，y1₂，z1₂）转换成机械臂坐标系下坐标值，称为第四坐标值a1（x1₄，y1₄，z1₄），指令机械臂2带动标准指针3运动到第a1位置指针10第四坐标值a1（x1₄，y1₄，z1₄）对应的指定位置，用于判断机械臂能否带动标准指针3确实移动至第a1位置指针10所在的实际位置（底座11中第a1位置指针10所在位置），移动停止后，判断标准指针3的针尖与第a1位置指针10的针尖是否触碰在一起，如果触碰在一起，则距离偏差di为零，若没有触碰在一起，通过长度测量工具（尺子，卡尺等）或激光测量仪器测量出第a1位置指针10针尖与标准指针3针尖的第二距离偏差di。

将剩下三组位置指针10按上述方式依次输入，并重复上述步骤，可以获得四组位置指针10针尖相对于标准指针3针尖的所有第二距离偏差di，分别为d1，d2，d3，d4。

如果所有第二距离偏差di均为0或在允许的误差范围之间，则可以判断每一组位置指针10的检测均符合精度要求，即通过每一组位置指针10的第二距离偏差di可以判断位置指针10每一次都能否满足精度的要求，认定3D视觉相机标定过程的精度满足穿刺手术机器人定位精度要求。

7）将步骤6）中获得的四组位置指针10的第二距离偏差d1，d2，d3，d4总和后求均值，即按以下公式（4）可以计算出穿刺手术机器人使用3D视觉相机标定过程中的平均偏差ΔD’，以及通过以下均方根误差计算公式（5）计算出第二距离偏差di的均方根误差δ2，依据平均偏差ΔD’和均方根误差δ2可以更加简单、科学地判断穿刺手术机器人机械臂能否精准地到达某一固定点。

ΔD’=（d1+d2+d3+d4）/4 （4）。

。

如果步骤4）和步骤7）中的平均偏差ΔD、ΔD’，均方根误差δ1、δ2的数值均为0时，可以判断穿刺手术机器人机械臂每次都能精准地运动到固定位置点，即穿刺手术机器人的绝对精度达100%。

当然，绝对精度很难达到100%，因此通过步骤4）、步骤7）中的平均偏差ΔD、ΔD’，均方根误差δ1、δ2来判断穿刺手术机器人的机械臂每次能否精准或在误差范围之内运动到固定位置点，用于判断穿刺手术机器人的定位精度是否已满足要求，确保穿刺手术机器人的手术安全。

实施例二

本实施例是在实施例一的基础上，将实施例一中的步骤6）由以下步骤替代。

6.1）解开机械臂2的锁定，手动拖动机械臂2携带标准指针3分别运动到四个位置指针10，具体是，首先手动拖动机械臂2携带标准指针3运动到第a1位置指针10处，目测该位置指针10的针尖与标准指针3针尖的相对距离为零时停止。利用机械臂2内部的坐标反馈系统和 CT 机坐标系与机械臂坐标系之间的转换关系Ω，可以反算出第a1位置指针10处在CT机坐标系下的坐标值，称第五坐标值，为a1（x1₅，y1₅，z1₅）。

6.2）重复该步骤，得出剩下三组位置指针10的第五坐标值，分别为a2（x2₅，y2₅，z2₅），a3（x3₅，y3₅，z3₅），a4（x4₅，y4₅，z4₅）。

6.3）将每组位置指针的第五坐标值与第二坐标值进行比较，按以下公式（6）计算出四组位置指针10针尖第二坐标值与第五坐标值之间的第二距离偏差di，分别为：d1，d2，d3，d4。

。

其中：i为每一组位置指针的序号。

实施例三

本实施例与实施例一基本相同，不同之处在于本实施例的步骤2），是在计算机5中直接输入CT机对标定板7扫描后的扫描数据，以及标定球72在标定板坐标系中的坐标数据，由计算机5计算出CT机坐标系与标定板坐标系之间的坐标转换关系ω1。也可以直接输入预先计算好的标定板坐标系与CT机坐标系的转换关系ω1，依据该转换关系ω1将步骤1）中四个位置指针10的针尖、三个定位标记15中心点的第一坐标值直接换算成CT机坐标系下的第二坐标值。从而可以在没有CT机等特殊医疗设备的前提下也完成本发明中的穿刺手术机器人定位精度的检测。

Claims

1.一种用于检测穿刺手术机器人定位精度的方法，用于检测穿刺手术机器人的绝对精度，按以下步骤执行：

2）依据标定板坐标系与CT机坐标系之间的转换关系将每组所述位置指针针尖和所述定位标记中心点的第一坐标值转换成CT机坐标系下的坐标值，称第二坐标值，按以下步骤执行；

2.1）由CT机对所述检测装置中的标定板扫描；

2.3）依据上述一一对应关系，建立标定板坐标系与CT机坐标系之间的转换关系；

2.根据权利要求1所述的用于检测穿刺手术机器人定位精度的方法，其特征在于，步骤6）由以下步骤所替代：

其中：

i为每一组位置指针的序号；

xi₂、yi₂、zi₂为每一组位置指针针尖的第二坐标值；

xi₅、yi₅、zi₅为每一组位置指针针尖的第五坐标值。

3.根据权利要求1或2所述的用于检测穿刺手术机器人定位精度的方法，其特征在于，步骤4）中增加将每组所述定位标记的第一距离偏差总和后求均值，计算出所有第一距离偏差的平均偏差，以及计算出所有第一距离偏差的均方根误差的步骤；

4.根据权利要求1或2所述的用于检测穿刺手术机器人定位精度的方法，其特征在于，步骤4）中，每组所述定位标记在第三坐标值与第二坐标值之间的第一距离偏差Di通过以下公式计算得出；

其中：

i为每一组定位标记的序号;

xi₂、yi₂、zi₂为每一组定位标记的第二坐标值；

xi₃、yi₃、zi₃为每一组定位标记的第三坐标值。

5.根据权利要求3所述的用于检测穿刺手术机器人定位精度的方法，其特征在于，所述检测装置中固定安装有多组高低呈等差数列分布的位置指针、多组高低呈等差数列分布的定位标记。

6.根据权利要求3所述的用于检测穿刺手术机器人定位精度的方法，其特征在于，所述定位标记的摆放角度相对于水平面分别为0度、30度和45度。

7.根据权利要求3所述的用于检测穿刺手术机器人定位精度的方法，其特征在于，步骤5）中，输入所述标准指针的工件数据后，在所述穿刺手术机器人控制器内部，对机械臂坐标系依据所述标准指针的工件数据进行调整。