CN116687507A - 截骨导向块定位方法、计算机可读存储介质及机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种截骨导向块定位方法、计算机可读存储介质及机器人系统，截骨导向块上设有截骨槽，截骨槽用于限定截骨平面；定位方法包括如下步骤：控制机械臂运动以带动截骨导向块运动至第一位姿；以及，使截骨导向块从第一位姿运动至实际截骨位姿，截骨槽在第一位姿处限定的截骨平面、截骨槽在截骨导向块由第一位姿运动至实际截骨位姿的过程中的任意位姿处限定的截骨平面、截骨槽在实际截骨位姿限定的截骨平面平行。该定位方法可以在确保截骨精度的前提下，使医生能更方便地操纵截骨工具。

Description

截骨导向块定位方法、计算机可读存储介质及机器人系统

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及截骨导向块定位方法、计算机可读存储介质及机器人系统。

背景技术

传统的骨科手术机器人执行截骨操作时，截骨导向块安装于机械臂的末端，并通过机械臂的运动来带动截骨导向块移动。截骨前，机械臂基于安装于患者身体上的骨靶标的位姿移动以实现截骨导向块的定位，然后执行截骨操作。

理论上，机械臂的运动使得截骨导向块抵达至规划截骨位姿后，医生便可以操纵截骨工具进行截骨操作。然而，实践中的规划截骨位姿往往不利于医生操纵截骨工具，这种情形下，还需要对截骨导向块的位置进行调节，以在保持截骨精度的情况下，便于医生操纵。

发明内容

本发明的目的在于提供一种截骨导向块定位方法、计算机可读存储介质及机器人系统，旨在保持截骨导向块的定位精度的前提下，更方便医生操作截骨工具。

为实现上述目的，本发明提供了一种截骨导向块的定位方法，所述截骨导向块上设有截骨槽，所述截骨槽用于限定出截骨平面，所述定位方法包括：

控制机械臂运动以带动所述截骨导向块运动至第一位姿；以及，

使所述截骨导向块从所述第一位姿运动至实际截骨位姿，所述截骨槽在所述截骨导向块处于所述第一位姿处时所限定的截骨平面、所述截骨槽在所述截骨导向块由所述第一位姿运动至所述实际截骨位姿的过程中的任意位姿处所限定的截骨平面、以及所述截骨槽在所述截骨导向块处于所述实际截骨位姿处时所限定的截骨平面相互平行。

可选地，所述截骨平面为XOZ平面；所述截骨导向块从所述第一位姿运动至所述实际截骨位姿时的运动方式包括沿Z方向的平移运动、沿X方向的平移运动、以及绕中心轴线的旋转运动中的至少一种；

所述Z方向为所述截骨槽的深度方向，所述X方向为所述截骨槽的长度方向，所述中心轴线沿Y方向延伸，所述Y方向为所述截骨槽的宽度方向，X方向、Z方向及Y方向相互垂直。

可选地，所述第一位姿为规划截骨位姿，所述实际截骨位姿临近所述规划截骨位姿。

可选地，所述定位方法还包括如下步骤：

根据所述截骨导向块的所述第一位姿处，获取所述截骨导向块在第一位姿处时的影像；

可视化地显示所述截骨导向块的影像；

在所述截骨导向块由所述第一位姿运动至所述实际截骨位姿时，使所述截骨导向块的影像从所述第一位姿运动至所述实际截骨位姿。

可选地，所述截骨导向块由所述第一位姿运动至所述实际截骨位姿时，所述截骨导向块的影像从所述第一位姿运动至所述实际截骨位姿的步骤包括：

控制所述截骨导向块的影像从所述第一位姿运动至所述实际截骨位姿；以及，

根据所述截骨导向块的影像的运动方式及运动幅度，同步地控制所述截骨导向块从所述第一位姿运动至所述实际截骨位姿。

可选地，所述截骨导向块由所述第一位姿运动至所述实际截骨位姿时，所述截骨导向块的影像从所述第一位姿运动至所述实际截骨位姿的步骤包括：

控制所述截骨导向块从所述第一位姿运动至所述实际截骨位姿；以及，

根据所述截骨导向块的实时位姿，更新所述截骨导向块的影像，以使得截骨导向块的影像同步地从所述第一位姿运动至所述实际截骨位姿。

可选地，在控制所述截骨导向块运动的过程中，出现使所述截骨导向块按照非合规的运动方式运动的趋势时，所述定位方法还包括：锁定所述机械臂，以阻止所述机械臂运动而带动所述截骨导向块按照所述非合规运动方式运动；和/或，产生报警信息并使所述报警信息显示；

所述非合规的运动方式是指除沿Z方向的平移运动、沿X方向的平移运动、以及绕中心轴线的旋转运动以外的运动方式。

为实现上述目的，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，当所述程序被执行时，执行如前所述的截骨导向块的定位方法。

为实现上述目的，本发明还提供了一种手术机器人系统，包括：

机械臂；

位姿调节机构，用于设置在所述机械臂的末端，并用于承载截骨导向块，且驱使所述截骨导向块运动以调整所述截骨导向块的位姿；

导航设备，包括工具靶标和定位装置，所述工具靶标用于设置在所述机械臂的末端，所述定位装置通过识别所述工具靶标以获取所述截骨导向块的位姿；

以及，

控制单元，所述控制单元与所述机械臂、所述位姿调节机构、及所述定位装置通信连接，所述控制单元被配置用于执行如前所述的截骨导向块的定位方法。

可选地，所述截骨导向块上设有截骨槽，所述截骨槽用于限定出截骨面，所述截骨面为XOZ平面；

所述位姿调节机构被配置为能够驱使所述截骨导向块按照合规的运动方式运动，所述合规的运动方式包括沿Z方向做平移运动、沿X方向做平移运动、以及绕中心轴线做旋转运动中的至少一种；所述Z方向为所述截骨导向块上的截骨槽的深度方向，所述X方向为所述截骨槽的长度方向，所述中心轴线沿Y方向延伸，所述Y方向为所述截骨槽的宽度方向，X方向、Y方向及Z方向相互垂直。

可选地，所述位姿调节机构包括旋转机构、第一平移机构和第二平移机构；所述旋转机构设置在所述机械臂的末端，并包括第一驱动部和旋转台，所述第一驱动部用于驱使所述旋转台绕所述中心轴线旋转；所述第一平移机构设置在所述旋转台上并包括第一平移部和第二驱动部，所述第二驱动部驱使所述第一平移部沿所述Z方向移动；所述第二平移机构设置在所述第一平移部上并包括第二平移部和第三驱动部，所述第三驱动部驱使所述第二平移部沿所述X方向移动，所述第二平移部用于与所述截骨导向块连接。

与现有技术相比，本发明的截骨导向块定位方法、计算机可读存储介质及机器人系统具有如下优点：

前述的截骨导向块上设有截骨槽，所述截骨槽用于限定出截骨平面；所述定位方法包括如下步骤：控制机械臂运动，以带动所述截骨导向块运动至第一位姿；以及，使所述截骨导向块从所述第一位姿运动至实际截骨位姿，且所述截骨槽在所述截骨导向块处于所述第一位姿处时所限定的截骨平面、所述截骨槽在所述截骨导向块由所述第一位姿运动至所述实际截骨位姿的过程中的任意位姿处所限定的截骨平面、以及所述截骨槽在所述截骨导向块处于所述实际截骨位姿处时所限定的截骨平面相互平行。所述第一位姿可以是规划截骨位姿，在所述截骨导向块抵达规划截骨位姿之后，再次控制所述截骨导向块运动至实际截骨位姿，且在运动前后保持截骨导向块自身的姿态保持不变，如此一来，就可以实现在确保截骨精度的前提下，还使得医生可以更方便地操作截骨工具的目的。

进一步地，所述定位方法还包括根据所述截骨导向块的所述第一位姿处，获取所述截骨导向块在所述第一位姿处时的影像，并可视化地显示所述截骨导向块的影像，当所述截骨导向块由所述第一位姿运动至所述实际截骨位姿时，所述截骨导向块的影像也从所述第一位姿运动至所述实际截骨位姿。由于所述截骨导向块的影像的运动精度可达到毫米级别，因此，通过使所述截骨导向块及其影像同步运动，能够根据所述截骨导向块的影像的运动，精准地监测所述截骨导向块的运动方向和运动幅度，提高所述截骨导向块运动时的准确性，避免发生出现截骨导向块的姿态发生变化的情况，这有利于提高手续执行的截骨操作的准确性，改善手术效果。

附图说明

附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：

图1是本发明根据一实施例所提供的手术机器人系统的应用场景示意图；

图2是本发明根据一实施例所提供的手术机器人的截骨导向块、位姿调节机构及机械臂的连接关系示意图；

图3是本发明根据一实施例所提供的手术机器人系统的截骨导向块、位姿调节机构及机械臂的结构示意图，图中示出位姿调节机构驱使截骨导向块运动时的运动方向；

图4是本发明根据一实施例所提供的手术机器人系统的截骨导向块、位姿调节机构及机械臂的结构示意图，图示中旋转台处于零位位置；

图5是本发明根据一实施例所提供的手术机器人系统的截骨导向块、位姿调节机构及机械臂的结构示意图，相比于图4来说，图5中的旋转台左旋一定角度；

图6是本发明根据一实施例所提供的手术机器人系统的截骨导向块、位姿调节机构及机械臂的结构示意图，相比于图4来说，图5中的旋转台右旋一定角度；

图7是本发明根据一实施例所提供的手术机器人系统的位姿调节机构的旋转机构的结构示意图；

图8是本发明根据一实施例所提供的手术机器人系统在应用时，所执行的截骨导向块的定位方法的整体流程图；

图9是本发明根据一实施例所提供的手术机器人系统在应用时，所执行的截骨导向块的定位方法的整体流程图，图示中示出获取截骨导向块的影像以及使截骨导向块的影像与截骨导向块同步运动；

图10是本发明根据一实施例所提供的手术机器人系统在应用时，，所执行的截骨导向块的定位方法的详细流程图；

图11是本发明根据一实施例所提供的手术机器人系统在应用并执行截骨导向块的定位方法时，控制截骨导向块的影像绕中心轴线旋转时，截骨导向块随之旋转的示意图，图中a)所示为截骨导向块的影像及截骨导向块旋转前的示意图，b)所示为截骨导向块的影像及截骨导向块旋转后的示意图；

图12是本发明根据一实施例所提供的手术机器人系统在应用并执行截骨导向块的定位方法时，控制截骨导向块的影像沿Z向移动时，截骨导向块随之沿Z向移动的示意图，图中a)所示为截骨导向块的影像及截骨导向块在移动前的示意图，b)所示为截骨导向块的影像及截骨导向块在移动后的示意图；

图13是本发明根据一实施例所提供的手术机器人系统在应用并执行截骨导向块的定位方法时，控制截骨导向块的影像沿X方向移动时，截骨导向块随着移动的示意图，图中a)所示为截骨导向块的影像及截骨导向块在移动前的示意图，b)所示为截骨导向块的影像及截骨导向块在移动后的示意图；

图14是本发明根据另一实施例所提供的手术机器人系统在应用时，所执行的截骨导向块的定位方法的详细流程图；

图15是本发明根据另一实施例所提供的手术机器人系统在应用并执行截骨导向块的定位方法时，控制截骨导向块平移及旋转时，截骨导向块的影像随之平移及旋转的示意图，图中a)所示为截骨导向块及截骨导向块的影像在运动前的示意图，b)所示为截骨导向块及截骨导向块的影像在运动后的示意图；

图16是本发明根据另一实施例所提供的手术机器人系统在应用并执行截骨导向块的定位方法时，期望控制截骨导向块按不允许的运动方式运动时，显示装置显示报警信息的示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，以下说明内容的各个实施例分别具有一或多个技术特征，然此并不意味着使用本发明者必需同时实施任一实施例中的所有技术特征，或仅能分开实施不同实施例中的一部或全部技术特征。换句话说，在实施为可能的前提下，本领域技术人员可依据本发明的公开内容，并视设计规范或实作需求，选择性地实施任一实施例中部分或全部的技术特征，或者选择性地实施多个实施例中部分或全部的技术特征的组合，借此增加本发明实施时的弹性。

如在本说明书中所使用的，术语“第一”、“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个对象或者操作与另一个对象或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些对象或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，也不指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

本发明的目的之一在于提供一种截骨导向块的定位方法，该定位方法应用于执行截骨操作的手术机器人系统，通过在截骨操作前在保证截骨导向块的姿态不变的情况下，调整截骨导向块的位置，以达到更便于医生操纵的目的。

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

图1示出手术机器人系统的应用场景示意图。参考图1，手术机器人系统包括机械臂100、位姿调节机构200、导航设备300及控制单元400。参考图2至图6，机械臂100设置在机器人基座500上。截骨导向块10通过位姿调节机构200安装在机械臂100的末端，位姿调节机构200的至少部分结构能够运动，进而带动截骨导向块10运动。由此，可以通过控制机械臂100运动和/或控制位姿调节机构200中的至少部分结构运动来调节截骨导向块10的位姿。继续参考图1，导航设备300包括工具靶标310和定位装置320，工具靶标310用于设置在机械臂100的末端，定位装置320通过识别工具靶标310来获取截骨导向块10的特征点云，进而获取截骨导向块10的位姿，并实现对截骨导向块10的跟踪。此外，导航设备300还包括骨靶标330和基座靶标340，骨靶标330设置于目标对象20的骨骼上，例如股骨及胫骨上，基座靶标340用于设置在机械臂基座500上，并用于建立基坐标系。定位装置320用于识别骨靶标330以对股骨进行定位，定位装置320用于识别基座靶标340以识别基坐标系。控制单元400与机械臂100及位姿调节机构200通信连接，并能够控制机械臂100及位姿调节机构200中的至少部分结构运动。控制单元400还与定位装置320通信连接，并接收定位装置320所获取的截骨导向块10的特征点云，且基于截骨导向块10的特征点云获取截骨导向块10的影像10’。控制单元400还根据骨骼的位姿和基坐标系实现机械臂注册和骨注册，进而可以对截骨操作进行导航。进一步地，手术机器人系统还包括显示装置600，显示装置600与控制单元320通信连接，并用于接收且显示截骨导向块10的影像10’。

利用手术机器人系统执行截骨操作时的整体流程包括：首先根据术前规划对病床30、目标对象20、手术机器人系统、其他设备例如呼吸机(图中未示出)进行摆位，并开启手术机器人系统及其他设备，目标对象10被承载于病床30上。当手术机器人系统启动后，机械臂100携带截骨导向块10运动，使得截骨导向块10处于一初始位姿。然后按照现有技术中任意合适的方法执行机械臂注册和骨注册。之后，基于导航设备300的导航来执行截骨导向块10的定位方法以对截骨导向块10的位姿进行调节，进而将截骨导向块10定位在实际截骨位姿。随后，在实际截骨位姿处控制截骨工具例如摆锯运动，以执行截骨操作。

本领域技术人员知晓，截骨导向块10上设有供截骨工具(例如摆锯)穿设的截骨槽11，截骨工具在截骨槽11的限制下摆动以进行截骨操作。也就是说，截骨槽11用于限定截骨平面。

截骨导向块10的定位方法如图8所示。参考图8，定位方法包括步骤S100、及步骤S400。

步骤S100包括控制单元400根据术前规划控制机械臂100运动以带动截骨导向块10从初始位姿运动至第一位姿。本步骤中，第一位姿是术前确定的规划截骨位姿，且机械臂100的各个关节按照预先规划的方案运动。

步骤S400包括使截骨导向块10从第一位姿运动至实际截骨位姿，实际截骨位姿临近规划截骨位姿。当截骨导向块10位于实际截骨位姿时，更便于医生操纵截骨工具，可以更好地完成截骨操作。本发明实施例中，当截骨导向块10处于第一位姿、截骨导向块10由由第一位姿运动至实际截骨位姿的过程中、截骨导向块10抵达实际截骨位姿时，截骨导向块10的姿态始终保持不变，以使得截骨槽11在截骨导向块10处于第一位姿处时所限定的截骨平面、截骨槽11在截骨导向块10由第一位姿运动至实际截骨位姿的过程中的任意位姿处所限定的截骨平面、以及截骨槽11在截骨导向块10处于实际截骨位姿处时所限定的截骨平面相互平行，这样就可以使得在截骨导向工具10处于偏离规划截骨位姿的实际截骨位姿时，截骨工具仍能够按照术前规划的截骨面进行截骨，以确保截骨准确性。

截骨槽11在第一位姿处所限定的截骨平面、截骨槽11在截骨导向块10由由第一位姿运动至实际截骨位姿的过程中的任意位姿处所限定的截骨平面、以及在实际截骨位姿处所限定的截骨平面相互平行是指，若截骨槽11在截骨导向块10处于第一位姿时所限定的截骨平面为第一截骨平面，截骨槽11在截骨导向块10由第一位姿运动至实际截骨位姿的过程中的任意位姿处所限定出的截骨平面为第二截骨平面、截骨槽11在截骨导向块10抵达实际截骨位姿时所限定的截骨平面为第三平面，第三平面、第二平面以及第一平面平行。

具体而言，截骨槽11上建立有空间坐标系F_XYZ，且截骨槽11沿Z方向贯穿截骨导向块10(也即Z方向为截骨槽11的深度方向)、截骨槽11的长度沿X方向延伸、以及宽度沿Y方向延伸。因此，在执行截骨操作时，位于截骨槽11内的截骨工具能够在XOZ平面内摆动。换而言之，XOZ平面即为截骨平面。为实现第四截骨平面、第三截骨平面、第二截骨平面及第一截骨平面相互平行的目的，步骤S400中截骨导向块10及截骨导向块10的影像10’的运动方式被期望于按照合规的运动方式来运动，合规的运动方式包括控制截骨导向块10及截骨导向块10的影像10’沿X方向平移、沿Z方向平移及绕中心轴线旋转中的至少一者，中心轴线沿Y方向延伸。

进一步地，如图9所示，定位方法还包括步骤S200和步骤S300，步骤S200和步骤S300在步骤S100之后以及步骤S400之前执行。步骤S200包括控制单元400基于导航设备300获取截骨导向块10在第一位姿时的影像。步骤S300包括可视化地显示截骨导向块10的影像10’，具体是控制单元400将所述截骨导向块10的影像10’发送至显示装置600，并使显示装置600显示截骨导向块10的影像10’。实际中，控制单元400还实时地获取目标对象的骨骼的影像，且将骨骼的影像也发送至显示装置600以进行显示。应理解，本步骤中，显示装置600所显示的截骨导向块10的影像10’处于第一位姿。于此情形下，步骤S400还包括使截骨导向块10的影像10’从第一位姿运动至实际截骨位姿。也即，截骨导向块10与截骨导向块10的影像10’一起从第一位姿运动至实际截骨位姿。

由于截骨导向块10的影像10’的运动精度可以达到毫米级别，因此，相比于单独控制截骨导向块10运动来说，采用截骨导向块10的影像10’与截骨导向块10一起移动的方式，通过观察截骨导向10的运动方向和运动幅度来判断截骨导向块10的运动方向与幅度，能够及时判断出截骨导向块10运动过程中的微小偏差，有利于提高截骨导向块10运动过程中的控制精度，进而改善后续的截骨准确性，改善手术效果。本步骤中，通常控制机械臂100保持静止，而通过位姿调节机构200来驱使截骨导向块10的运动，根据实际情况，位姿调节机构200可由控制单元400的控制下工作，也可以在医护人员的控制下工作。

请参考图10，在一个实施例中，控制截骨导向块10及截骨导向块10的影像10’一起从第一位姿运动至实际截骨位姿的步骤包括同步执行的步骤S410和步骤S420。步骤S410包括控制截骨导向块10的影像10’从第一位姿运动至实际截骨位姿。步骤S420包括控制单元400根据截骨导向块10的影像10’的运动方式及运动幅度发送控制指令至位姿调节机构200，并控制位姿调节机构200执行控制指令，以驱使截骨导向块10同步地从第一位姿运动至实际截骨位姿。当运动方式包括平移时，对应的运动幅度为移动距离，当运动方式包括旋转时，对应的运动幅度为旋转的角度。

因此，请参考图11至图13，当截骨导向块10的影像10’的运动方式包括绕中心轴线旋转，且旋转角度为α时，截骨导向块10也相应地绕中心轴线旋转，且旋转角度为α。当截骨导向块10的影像10’的运动方式包括沿Z方向平移，且移动的距离为z时，截骨导向块10也沿Z方向平移，且移动的距离z₀，z₀与z之间的比例关系等于截骨导向块10的影像10’尺寸与截骨导向块10的实际尺寸之间的比例关系。当截骨导向块10的影像10’的运动方式包括沿X方向平移，且移动的距离为x时，截骨导向块10也沿X方向平移，且移动的距离为x₀。

于本实施例中，步骤S410由控制单元400根据接收到的运动指令执行，运动指令由医护人员输入，具体的指令内容包括运动方式和运动幅度。如此一来，手术机器人系统还包括输入模块。输入模块可以包括实体部件，也可以包括设置在显示装置400上的虚拟按键，虚拟按键至少包括多种运动方式选项。举例来说，一种实现方式中，输入模块为鼠标，医护人员可以通过移动鼠标来实现运动指令的输入，具体过程是，医护人员移动鼠标，控制单元400根据鼠标的移动方式判断出运动指令的具体内容，进而控制截骨导向块10的影像10’执行相应的运动(也即医护人员通过移动鼠标来拖动截骨导向块10的影像10’运动)。在另一种实现方式中，输入模块包括鼠标、键盘和设置在显示装置400上的多个虚拟按键，每个虚拟按键对应一种运动方式，医护人员可通过操控鼠标点击虚拟按键来选择运动方式，并通过键盘输入运动幅度，由此实现运动指令的输入。在再一种实现方式中，输入模块至少包括设置在显示装置400上的多个虚拟按键，每个虚拟按键对应一种运动方式，且每个虚拟按键被设置为进度条的形式，因此医护人员通过点击虚拟按键上的某一位置，可以同步地完成一种运动方式与相应的运动幅度的输入。

图14示出另一个实施例所提供的截骨导向块10的定位方法的详细流程图。如图14所示，步骤S400包括步骤S410’和步骤S420’，步骤S410’包括控制截骨导向块10从第一位姿运动至实际截骨位姿。本步骤可以在控制单元400的控制下执行，但优选在医护人员的控制下执行，这是因为实际截骨位姿通常由医护人员根据实际情况目视确定，其与规划截骨位置(即第一位姿中的位置)的偏离量较小，由医护人员直接控制位姿调节机构400来驱使截骨导向块10运动，更为直接且方便。步骤S420’包括使截骨导向块10的影像10’随截骨导向块10同步地由第一位姿运动至实际截骨位姿。实践中，步骤S420’可由控制单元400基于导航设备300实现，也即，由导航设备300实时获取截骨导向块10的特征点云，然后由控制单元400根据截骨导向块10的实时的特征点云获取截骨导向块10的实时影像。由此，显示装置600即显示出截骨导向块10的影像10’从第一位姿运动至实际截骨位姿。

以图15所示为例，当截骨导向块10的运动方式包括平移运动和旋转运动时，显示装置600所显示的截骨导向块10的影像10’也相应地发生平移运动和旋转运动，且截骨导向块10的影像10’平移的距离与截骨导向块10平移的距离对应，截骨导向块10的影像10’旋转的角度与截骨导向块10旋转的角度相等。

通过上述介绍可知，位姿调节机构200被配置为能够驱使截骨导向块10按照合规的运动方式运动。具体地，请参考图2至图7，位姿调节机构200包括依次连接的旋转机构210、第一平移机构220和第二平移机构230，旋转机构210设置在机械臂100的末端，第二平移机构230用于与截骨导向块10连接。旋转机构210用于驱使截骨导向块10绕中心轴线旋转，第一平移机构220用于驱使截骨导向块10沿Z方向平移，第二平移机构230用于驱使截骨导向块10沿X方向平移。

其中，旋转机构210包括第一驱动部211和旋转台212，第一驱动部211与旋转台212传动连接，并驱使旋转台212绕中心轴线旋转。更详细地，旋转机构210还包括底座213、传动齿轮214和轴承215。底座213与机械臂100的末端连接。轴承215设置在底座213上。第一驱动部211例如是电机，并设置在底座213上。传动齿轮214套设在电机的输出轴上，并还与轴承215的内齿圈啮合。轴承215的外圈与旋转台212连接。第一平移机构220与旋转台212连接，并包括第一平移部221和第二驱动部222，第二驱动部222用于驱使第一平移部221沿Z方向平移。第二平移机构230设置在第一平移部221上并包括第二平移部231和第三驱动部232，第三驱动部232用于驱使第二平移部231沿X方向平移，第二平移部231与截骨导向块10连接。

可选地，第一平移机构220为直线电机，如此，第一平移部221为直线电机的活动部分，第二驱动部222位于直线电机的固定部分上。类似地，第二平移机构230为直线电机，第二平移部231为直线电机的活动部分，第二驱动部232位于直线电机的固定部分上。

如前所述，于本发明实施例中，截骨导向块10不被期望于按照非合规的运动方式运动，非合规的运动方式是指除沿X方向平移、沿Z方向平移、绕中心轴线旋转以外的运动方式，例如沿Y方向的平移运动、绕一沿X方向延伸的轴线的旋转运动、绕一沿Z方向延伸的轴线的旋转运动。受位姿调节机构200的结构所限，只有机械臂100能够带动截骨导向块10按照非合规的运动方式运动。鉴于此，在截骨导向块10的运动过程中，若出现使截骨导向块10按照非合规的运动方式运动的趋势时，定位方法还包括步骤S500和/或步骤S600。步骤S500包括控制单元400产生锁止指令，并根据锁止指令锁定机械臂100。如此，机械臂100不能运动，进而能够阻止机械臂100带动截骨导向块10按照非合规的运动方式运动。步骤S600包括控制单元400产生报警信息，且将报警信息发送至任意合适的显示元件例如前述的显示装置600进行显示(如图16所示)。报警信息可以通过图形(如图16所示的×形)显示，也可以通过文字、声音、光等方式显示。

需要说明的是，前述的截骨导向块10的定位方法是一种根据预设的控制逻辑并执行的方法，其实质是手术自主的类别选择，并非用于对病床30上的目标对象20进行识别。可以理解的是，由于并不需要对目标对象20进行识别，即使目标对象20是人体的组织模型、器官模型、骨模型或其它的物体，其同样可以执行这些操作。因此，这里的手术，并非特指针对患者所进行外科手术操作，而仅仅是根据预设的控制逻辑所执行的一套操作步骤，例如可用于模拟训练(此时目标对象20可以是人体模型)等应用场景。

还需要说明的是，虽然前文以第一位姿为规划截骨位姿，实际截骨位姿偏离规划截骨位姿为例进行说明，但其并不局限于此，该定位方法还可以适用于机械臂带动截骨导向块初步定位时，截骨导向块未抵达规划截骨位姿，而实际截骨位姿就是规划截骨位姿或略偏离规划截骨位姿的情况，于此情形下，第一位姿为一中间过渡位姿，实际截骨位姿为规划截骨位姿或偏离规划截骨位姿。不论第一位姿和实际截骨位姿如何，截骨导向块在第一位姿时、截骨导向块与截骨导向块的影像同步移动过程中、以及截骨导向块在实际截骨位姿时的姿态均保持不变，以使得截骨槽在第一位姿时所限定的截骨平面、截骨槽在截骨导向块与截骨导向块的影像同步移动的过程中的任意时刻所限定的截骨平面、截骨槽在截骨导向块处于实际截骨位姿时所限定的截骨平面相互平行。

本发明实施例的目的之二在于提供如前所述的手术机器人系统，其中的控制单元400被配置为执行前述的截骨导向块10的定位方法。

本发明实施例的目的之三在于提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有程序，当程序被执行时，执行前述的定位方法。

虽然本发明披露如上，但并不局限于此。本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种截骨导向块的定位方法，所述截骨导向块上设有截骨槽，所述截骨槽用于限定出截骨平面，其特征在于，所述定位方法包括：

控制机械臂运动以带动所述截骨导向块运动至第一位姿；以及，

使所述截骨导向块从所述第一位姿运动至实际截骨位姿，且所述截骨槽在截骨导向块处于所述第一位姿时所限定的截骨平面、所述截骨槽在所述截骨导向块由所述第一位姿运动至所述实际截骨位姿的过程中的任意位姿处所限定的截骨平面、以及所述截骨槽在所述截骨导向块处于所述实际截骨位姿时所限定的截骨平面相互平行。

2.根据权利要求1所述的截骨导向块的定位方法，其特征在于，所述截骨平面为XOZ平面；所述截骨导向块从所述第一位姿运动至所述实际截骨位姿时的运动方式包括沿Z方向的平移运动、沿X方向的平移运动、以及绕中心轴线的旋转运动中的至少一种；

所述Z方向为所述截骨槽的深度方向，所述X方向为所述截骨槽的长度方向，所述中心轴线沿Y方向延伸，所述Y方向为所述截骨槽的宽度方向，X方向、Z方向及Y方向相互垂直。

3.根据权利要求1所述的截骨导向块的定位方法，其特征在于，所述第一位姿为规划截骨位姿，所述实际截骨位姿临近所述规划截骨位姿。

4.根据权利要求1或2所述的截骨导向块的定位方法，其特征在于，所述定位方法还包括如下步骤：

根据所述截骨导向块的所述第一位姿，获取所述截骨导向块在第一位姿处时的影像；

可视化地显示所述截骨导向块的影像；

在所述截骨导向块由所述第一位姿运动至所述实际截骨位姿时，使所述截骨导向块的影像从所述第一位姿运动至所述实际截骨位姿。

5.根据权利要求4所述的截骨导向块的定位方法，其特征在于，所述截骨导向块由所述第一位姿运动至所述实际截骨位姿时，所述截骨导向块的影像从所述第一位姿运动至所述实际截骨位姿的步骤包括：

控制所述截骨导向块的影像从所述第一位姿运动至所述实际截骨位姿；以及，

根据所述截骨导向块的影像的运动方式及运动幅度，同步地控制所述截骨导向块从所述第一位姿运动至所述实际截骨位姿。

6.根据权利要求5所述的截骨导向块的定位方法，其特征在于，所述截骨导向块由所述第一位姿运动至所述实际截骨位姿时，所述截骨导向块的影像从所述第一位姿运动至所述实际截骨位姿的步骤包括：

控制所述截骨导向块从所述第一位姿运动至所述实际截骨位姿；以及，

根据所述截骨导向块的实时位姿，更新所述截骨导向块的影像，以使得截骨导向块的影像同步地从所述第一位姿运动至所述实际截骨位姿。

7.根据权利要求2所述的截骨导向块的定位方法，其特征在于，在控制所述截骨导向块运动的过程中，出现使所述截骨导向块按照非合规的运动方式运动的趋势时，所述定位方法还包括：锁定所述机械臂，以阻止所述机械臂运动而带动所述截骨导向块按照所述非合规运动方式运动；和/或，产生报警信息并使所述报警信息显示；

所述非合规的运动方式是指除沿Z方向的平移运动、沿X方向的平移运动、以及绕中心轴线的旋转运动以外的运动方式。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，当所述程序被执行时，执行如权利要求1所述的截骨导向块的定位方法。

9.一种手术机器人系统，其特征在于，包括：

机械臂；

位姿调节机构，用于设置在所述机械臂的末端，并用于承载截骨导向块，且驱使所述截骨导向块运动以调整所述截骨导向块的位姿；

导航设备，包括工具靶标和定位装置，所述工具靶标用于设置在所述机械臂的末端，所述定位装置通过识别所述工具靶标以获取所述截骨导向块的位姿；

以及，

控制单元，所述控制单元与所述机械臂、所述位姿调节机构、以及所述定位装置通信连接，所述控制单元被配置用于执行如权利要求1所述的截骨导向块的定位方法。

10.根据权利要求9所述的手术机器人系统，其特征在于，所述截骨导向块上设有截骨槽，所述截骨槽用于限定出截骨面，所述截骨面为XOZ平面；

所述位姿调节机构被配置为能够驱使所述截骨导向块按照合规的运动方式运动，所述合规的运动方式包括沿Z方向做平移运动、沿X方向做平移运动、以及绕中心轴线做旋转运动中的至少一种；所述Z方向为所述截骨导向块上的截骨槽的深度方向，所述X方向为所述截骨槽的长度方向，所述中心轴线沿Y方向延伸，所述Y方向为所述截骨槽的宽度方向，X方向、Y方向及Z方向相互垂直。

11.根据权利要求10所述的手术机器人系统，其特征在于，所述位姿调节机构包括旋转机构、第一平移机构和第二平移机构；所述旋转机构设置在所述机械臂的末端，并包括第一驱动部和旋转台，所述第一驱动部用于驱使所述旋转台绕所述中心轴线旋转；所述第一平移机构设置在所述旋转台上并包括第一平移部和第二驱动部，所述第二驱动部驱使所述第一平移部沿所述Z方向移动；所述第二平移机构设置在所述第一平移部上并包括第二平移部和第三驱动部，所述第三驱动部驱使所述第二平移部沿所述X方向移动，所述第二平移部用于与所述截骨导向块连接。