WO2020228087A1 - 示踪设备和定位系统 - Google Patents

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Abstract

一种示踪设备和定位系统，示踪设备用于指示手术机器人的机械臂的空间位置，示踪设备包括基座（10），具有两个相对的端部（101）以及位于两个端部（101）之间的外周面（102），其中一个端部（101）用于与机械臂的操作端连接，另一个端部（101）用于安装手术器械；定位组件（20），连接于基座（10）并用于指示基座（10）的空间位置，定位组件（20）包括至少三个示踪元件（21），至少三个示踪元件（21）不共线地设置于外周面（102）上；其中，定位组件（20）的数量为多组，多组定位组件（20）沿基座（10）的周向分布，同一定位组件（20）所包括的各示踪元件（21）中，任意两个示踪元件（21）的法向夹角小于等于20°。以上示踪设备和定位系统，能够使得示踪设备在机械臂旋转过程中更容易被光学测位仪所识别。

Description

示踪设备和定位系统
本申请要求了2019年5月15日提交的、申请号为201910407904.9、发明名称为“示踪设备和定位系统”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及医疗设备定位技术领域，特别是涉及一种示踪设备和定位系统。
背景技术
在导航手术的作业过程中，导航系统需要通过设置在机械臂的操作端上的示踪设备，来获取机械臂的操作端在以光学测位仪为基准的空间坐标系中的位置，从而推算出固定在机械臂的操作端上的手术器械的位置，然后依此规划机械臂的手术路径。
现有的机械臂示踪设备中，其示踪元件的设置位置不合理，导致在手术过程中，当机械臂的操作端旋转并使得示踪设备的示踪元件与光学测位仪的法向之间的夹角发生变化时，可能导致光学测位仪识别不了示踪设备的位置，进而导致导航系统丢失机械臂的空间位置。
发明内容
本发明实施例提供一种示踪设备和定位系统，能够使得示踪设备在机械臂旋转过程中更容易被光学测位仪所识别。
一方面，根据本发明实施例提出了一种示踪设备，用于指示手术机器人的机械臂的空间位置，示踪设备包括：基座，具有两个相对的端部以及位于两个端部之间的外周面，其中一个端部用于与机械臂的操作端连接，另一个端部用于安装手术器械；定位组件，连接于基座并用于指示基座的空间位置，定位组件包括至少三个示踪元件，至少三个示踪元件不共线地 设置于基座的外周面上；其中，定位组件的数量为多组，多组定位组件沿基座的周向分布，同一定位组件所包括的各示踪元件中，任意两个示踪元件的法向夹角小于等于20°。
根据本发明实施例的一个方面，多组定位组件沿基座的全周向设置，相邻的两个定位组件中，其中一个定位组件中的任意示踪元件的法向与另一个定位组件中的任意示踪元件的法向间的夹角小于等于90°。
根据本发明实施例的一个方面，同一定位组件中的各示踪元件的法向一致。
根据本发明实施例的一个方面，沿基座的全周向设置五组定位组件；相邻两个定位组件中，其中一个定位组件中的任意示踪元件的法向与另一个定位组件中的任意示踪元件的法向间的夹角为72°，和/或，在基座外侧的任意一点到外周面的垂线与至少一个定位组件的各示踪元件的法向的夹角小于等于36°。
根据本发明实施例的一个方面，相邻两个定位组件相互间隔设置；或者，相邻两个定位组件相互交错设置。
根据本发明实施例的一个方面，定位组件的至少三个示踪元件以预定的分布图形布置，任意两组定位组件的示踪元件的分布图形不同，以使光学测位仪能够根据分布图形区分各组定位组件。
根据本发明实施例的一个方面，基座的至少一个端部设置有定位机构，定位机构包括设置于端部的定位孔和/或定位凸起。
根据本发明实施例的一个方面，基座呈柱状结构体。
根据本发明实施例的一个方面，基座上设置有多个安装部，安装部包括安装平面和/或安装孔，每个安装部上设置有至少一个示踪元件。
根据本发明实施例的一个方面，基座上还设置有与安装部一一对应的避让面。
根据本发明实施例的一个方面，在基座的轴向上，基座包括同轴设置的第一柱体以及第二柱体，第一柱体的外径大于第二柱体的外径，第一柱体远离第二柱体的一端设置有连接槽，连接槽沿轴向延伸。
根据本发明实施例的一个方面，同一定位组件的任意两个示踪元件的分布位置点相连所形成的线段的长度大于40mm；和/或，同一定位组件的每两个示踪元件的分布位置点相连所形成的多条线段中，任意两条线段的 长度差值的绝对值大于3.5mm。
根据本发明实施例的一个方面，示踪设备进一步包括连接于基座的信号接收器，信号接收器用于接收启动信号，示踪元件根据启动信号发射空间位置信息。
根据本发明实施例的一个方面，示踪元件为红外发射器或者反光球。
另一个方面，根据本发明实施例提供一种定位系统，包括上位机，光学测位仪、手术机器人，标定组件，还包括上述的示踪设备，示踪设备安装于手术机器人的机械臂操作端，其中，图像注册过程中，标定组件与示踪设备上的示踪元件具有预定位置关系；上位机通过获取的包括标定组件中的标识点信息的患处图像，以及光学测位仪获取的示踪设备上示踪元件的空间位置信息，将患处图像坐标系与以示踪元件为基准的坐标系或者以光学测位仪为基准的坐标系进行转换，完成图像注册；上位机根据在患处图像上进行的规划路线、控制手术机器人的机械臂到达规划路线对应的目标空间位置。
根据本发明实施例的另一个方面，定位系统还包括患者示踪器，光学测位仪以一定频率获取患者示踪器的空间位置信息，上位机根据获取的患者示踪器的空间位置信息，修正手术机器人的路线。
根据本发明实施例提供的示踪设备和定位系统，通过多组沿基座的周向设置的定位组件，扩大了示踪设备可以被光学测位仪识别的范围。同时，限定同一所述定位组件所包括的各所述示踪元件中，任意两个所述示踪元件的法向夹角小于等于20°，使示踪设备在机械臂旋转过程中更容易被光学测位仪所识别，减少机械臂旋转时，光学测位仪丢失示踪设备的位置的情况发生，提高了定位的精准度。
附图说明
下面将参考附图来描述本发明示例性实施例的特征、优点和技术效果。
图1是本发明实施例的示踪设备的轴测图；
图2是本发明实施例的示踪设备的正视图；
图3是图2中沿M-M方向的剖视图；
图4是图2中沿N-N方向的剖视图。
其中：
10-基座；11-第一柱体；111-连接槽；12-第二柱体；13-安装平面；14-避让面；101-端部；102-外周面
20-定位组件；21-示踪元件；
30-定位机构；
40-信号接收器；
X-周向；Y-轴向。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本发明造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。
下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本发明的示踪设备和定位系统的具体结构进行限定。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了更好地理解本发明，下面结合图1至图4根据本发明实施例的示踪设备和定位系统进行详细描述。
请参阅图1至图4，图1示出了本发明实施例的示踪设备的轴测图，图2示出了本发明实施例的示踪设备的正视图，图3示出了图2中沿M-M方向的剖视图，图4示出了图2中沿N-N方向的剖视图。
本发明实施例提供一种示踪设备，用于指示手术机器人的机械臂的空间位置，示踪设备包括基座10以及定位组件20。基座10具有两个相对的端部101以及位于两个端部101之间的外周面102，其中一个端部101用于与机械臂的操作端连接，另一个端部101用于安装手术器械，在本发明实施例中，以上及以下所提及的手术器械可以是用于安装骨针套筒的导向器。定位组件20设置于基座10并用于指示基座10的空间位置。定位组件20包括至少三个示踪元件21，至少三个示踪元件21不共线地设置于基座10的外周面102上。其中，定位组件20的数量为多组，多组定位组件20沿基座10的周向X分布，同一定位组件20所包括的各示踪元件21中，任意两个示踪元件21的法向夹角小于等于20°。
本发明实施例提供的示踪设备和定位系统，通过多组沿基座10的周向X设置的定位组件20，扩大了示踪设备可以被光学测位仪识别的范围。同时，限定同一定位组件20所包括的各示踪元件21中，任意两个示踪元件21的法向夹角小于等于20°，使示踪设备在机械臂旋转过程中更容易被光学测位仪所识别，减少机械臂旋转时，光学测位仪丢失示踪设备的位置的情况发生，提高了定位的精准度。
作为一种可选的实施方式，同一定位组件20所包括的各示踪元件21中，任意两个所述示踪元件21的法向夹角大于等于0°且小于等于15°，进一步可选为大于等于0°且小于等于10°，例如可以是8°、5°、3°、1°等。通过限定同一定位组件20中各示踪元件21彼此之间法向夹角的角度范围，能够更加优化示踪设备，使其在旋转的过程中可以更好的被光学测位仪所识别，进而更好的确定机械臂的空间位置。
作为一种可选的实施方式，同一定位组件20中的各示踪元件21的法向一致，即，同一定位组件20的任意两个示踪元件21的法向夹角为0°。该种设置方式使得示踪设备和光学测位仪配合使用时，使一组定位组件20内的一个示踪元件21被光学测位仪识别时，这一组定位组件20内 必然同时有三个及以上示踪元件21可以被光学测位仪识别，从而使光学测位仪可以确定定位组件20的位置，充分利用示踪元件21以提高示踪设备的定位精度。
作为一种可选的实施方式，基座10整体可以采用柱状结构，可以是空心柱状结构，也可是局部实心的柱状结构。可选的，基座10可以为圆柱状结构体，具体可以为沿其自身的轴向Y为等截面的柱状，当然也可以为非等截面的柱体，例如，可以是呈阶梯柱状结构。
请继续参阅图1至图4，在一些可选的示例中，在基座10的轴向Y上，基座10可以包括同轴设置的第一柱体11以及第二柱体12，并且，第一柱体11的外径大于第二柱体12的外径，第一柱体11远离第二柱体12的一端设置有连接槽111，连接槽111沿轴向Y延伸。基座10采用上述结构，使其能够通过连接槽111套设在机械臂的操作端上，更便于与机械臂连接且能够保证连接的稳固性。同时，还可以减轻示踪设备的质量，减少示踪设备对机械臂的操作端的占用空间，进而节省更多的手术操作空间。
可选的，基座10用于连接机械臂的端部101可以通过螺钉固定在机械臂的操作端上，具体地，可以使用松不脱螺钉进行固定，使示踪设备不容易脱落。
由于传统采用的定位组件多为平板状定位组件，平板状定位组件需要通过支架固定在机械臂上会形成较大的突出结构，手术时需要对该部件进行无菌处理。目前的手术过程中需要先通过无菌罩包裹机械臂的操作端，再将进行了无菌处理的定位组件和用于安装定位组件的连接装置连接到机械臂的操作端，使得术前准备步骤较多，准备时间较长。
而本发明实施例提供的示踪设备，通过将基座10设置为柱状，并将示踪元件21直接设置在基座10的侧壁上，相对于传统的板状示踪设备，为将示踪设备设置在无菌罩内提供了基础，从而可以减少手术操作步骤，减少手术时间。并且，本发明实施例的示踪设备通过其端部101设置的连接槽111，可以始终固定在机械臂的操作端上，无需拆卸，能够避免拆装过程中磨损示踪设备，保持示踪设备的尺寸精度，从而提高导航系统的作业精度。
作为一种可选的实施方式，基座10连接机械臂的一端可以为绝缘体，防止示踪设备内的电流流向作业器件。
在一些可选的示例中，为了便于示踪元件21的安装，基座10上设置有多个安装部，用于安装示踪元件21，既能够保证示踪元件21的安装要求，同时能够为示踪元件21提供防护。可选的，安装部可以包括安装平面13，安装平面13可以由基座10的外周面102起始向基座10的内部延伸预定距离，安装平面13可以为与过基座的中轴线的平面相交设置的倾斜面。只要能够满足示踪元件21的安装并保证其所安装的示踪元件21的法向要求均可。
作为一种可选的实施方式，在第一柱体11以及第二柱体12上均设置有包括安装平面13的安装部，每个安装平面13上设置有至少一个示踪元件21。为了便于加工，同时能够更好的保证同一定位组件20中各示踪元件21的法向要求，可选的，第一柱体11上的安装部的数量与第二柱体12上的安装部的数量相同并一一对应设置。当安装部包括安装平面13时，第一柱体11上的安装平面13的数量与第二柱体12上的安装平面13的数量相同并一一对应设置。进一步的，第一柱体11上以及第二柱体12上一一对应设置的安装平面13相互平行，便于加工，并且能够更好的满足示踪元件21的法向要求。
如图3、图4所示，作为一种可选的实施方式，在第一柱体11上，每两个安装平面13可以为一组，同一组的两个安装平面13的延伸面可以位于同一平面；和/或，在第二柱体12上，每两个安装平面13可以为一组，同一组的两个安装平面13的延伸面可以相互平行，便于加工并可以更好的保证示踪元件21的法向角度要求。
在一些可选的实施例中，至少一个示踪元件21与其所连接的安装平面13的法向一致，通过上述设置，能够更好的满足该示踪元件21的安装。进一步可选的，每个示踪元件21与各自所连接的安装平面13的法向一致，能够保证各示踪元件21的法向要求以及与其对应安装平面13之间连接的稳定性，提高示踪设备的生产效率。
可以理解的是，以上限定安装部包括安装平面13只是一种可选的实 施方式，但不限于包括安装平面13，在一些其他的示例中，安装部还可以仅包括安装孔，每个安装孔内设置有至少一个示踪元件21。可选的，安装孔可以为盲孔，围合形成安装孔的底面的法向与该安装孔内部的示踪元件21的法向一致，同样可以满足示踪元件21的安装以及法向角度要求。
当然，在一些其他的示例中，安装部还可以既包括安装平面13，同时也包括安装孔，同样能够满足示踪元件21的安装要求并且能适应不同的基座10的形状要求。
作为一种可选的实施方式，为了防止基座外表面遮挡安装部区域的光线，需要设计基座外表面以对示踪元件21的光进行避让，上述各实施例的示踪设备，其基座10上还设置有与安装部一一对应的避让面14，避让面14可以是平面，也可以是曲面，如弧面。当安装部包括安装平面13时，与该安装部对应的避让面14与其安装平面13一端相互连接，且另一端向远离彼此的方向延伸，使得安装平面13与避让面14整体形成槽状结构，能够更便于光学测位仪对示踪元件21的识别。
作为一种可选的实施方式，示踪元件21可以为红外发射器，不仅能够满足示踪设备的示踪要求，同时，由于红外发射器呈两端为平面的柱状结构，可以将红外发射器直接贴合并连接在相应安装平面13或者安装孔中即可满足示踪元件21的法向要求，能够进一步降低示踪设备的加工成本，节省空间，并保证对各示踪元件21安装位置的定位精度，进而使得示踪设备能够更好的满足对机械臂的定位精度要求。
当然，将示踪元件21限定为红外发射器只是一种可选的实施方式，在一些其他的示例中，示踪元件21还可以采用发光球，同样能够满足示踪设备的示踪要求。
当示踪元件21为红外发射器时，示踪元件21的法向是指与示踪元件21的发光面相垂直的方向，当示踪元件21为发光球时，示踪元件21的法向为发光球的中心线的延伸方向。
作为一种可选的实施方式，本发明实施例提供的示踪设备，其每个定位组件20所包括的示踪元件21的数量可以根据要求设定，例如，每个定位组件20所包括的示踪元件21的数量可以为三个、四个、五个等甚至更 多个，具体可以根据定位精度要求以及示踪元件21的排布方式设定。
作为一种可选的实施方式，定位组件20的至少三个示踪元件21以预定的分布图形布置。具体地，示踪元件21的预定分布图形为非对称图形，例如，三个示踪元件21可以为一个三条边不相等的三角形的三个顶点。
在本发明实施例中，光学测位仪可以通过不共线的三个示踪元件21确定三个定位点，三个定位点之间的连线即可组成一个三角形模板，从而确定一个示踪面，或者确定该示踪面的坐标系。由于定位点固定设置在示踪设备的侧壁上，所以，光学测位仪将这三个点的空间位置与预定的分布图形中的三角形模板进行对比，可以得出示踪设备在以光学测位仪为基准的坐标系下的空间位置坐标。
在本发明的一些实施例中，定位组件20可以包括四个及以上的以预定的分布图形布置的示踪元件21，每三个示踪元件21不共线，在建立该示踪面的坐标系时，光学测位仪获取示踪元件21的空间位置信息，并选择其中误差或者偏差最小的三个点的位置信息建立该示踪面的坐标系，降低对于示踪设备的空间位置的测量误差。
作为一种可选的实施方式，定位组件20的至少三个示踪元件21以预定的分布图形布置，任意两组定位组件20的示踪元件21的分布图形不同，以使光学测位仪能够根据分布图形区分各组定位组件20，并根据各组定位组件20形成的定位点之间的空间位置坐标唯一地确定示踪设备的空间位置坐标。
并且，在一些可选的示例中，本发明上述各实施例提供的示踪设备，同一定位组件20中任意两个示踪元件21的分布位置点相连所形成的线段的长度大于40mm。可选的，同一示踪面30中任意两个示踪元件2121的分布位置点相连所形成的线段的长度可以为40mm～80mm之间的任意数值，进一步可选为40mm～60mm之间的任意数值，例如可以是45mm、50mm以及55mm等。
为了更好的理解上述尺寸限定，以下将举例说明，如图2所示，图2中示意的A、B、C、D点为同一定位组件20的四个示踪元件21的分布位 置点，依次连接形成的表面为一个示踪面，在该示踪面上，任意线段的长度AB，AC，AD，BC，BD，CD都要满足大于40mm。通过上述设置，能够避免光学测位仪采集的每个示踪面30上任意两个示踪元件21的分布位置点相互重合，进而提高对机械臂的定位要求以及调整精度。
作为一种可选的实施方式，上述各实施例的示踪设备，其同一定位组件20中每两个示踪元件21的分布位置点相连所形成的多条线段中，任意两条线段的长度差值的绝对值大于3.5mm。
为了更好的理解上述尺寸限定，以下将举例说明，同样如图2所示，图2中同一定位组件20中每两个示踪元件21的分布位置点相连所形成的多条线段中包括AB，AC，AD，BC，BD，CD，任意线段的长度的差值的绝对值(|AB-AC|，|AB-AD|，|AB-BC|，|AB-BD|，|AB-CD|，|AC-AD|，|AC-BC|，|AC-BD|，|AC-CD|，|AD-BC|，|AD-BD|，|AD-CD|，|BC-BD|，|BC-CD|，|BD-CD|)都大于3.5mm。通过上述设置，能够使得光学测位仪能够准确的区分采集的每个示踪面上不同的示踪元件21的分布位置点形成的线段，同样能够进一步提高机械臂的位姿判断以及调整精度。
作为一种可选的实施方式，定位组件20的数量具体可以根据要求设定，可以为3～8组。多组定位组件20沿基座10的全周向设置，具体的，各定位组件20设置于基座10周向X上的不同位置并覆盖全周向。且当基座10绕其轴向Y旋转时，总有一组定位组件20可以被基座10外侧的任意一点处所识别。例如，当该示踪设备和光学测位仪配合使用时，令基座10的轴向Y和光学测位仪的法向垂直。当基座10绕其轴线旋转时，总有一组定位组件20可以被光学测位仪所识别，从而能够保证基座10处于不同位置时，光学测位仪通过基座10均可以获取示踪设备的空间位置信息，实现对机械臂的操作端的空间位置的实时监控。
其中，光学测位仪的法向为：以光学测位仪由两个光学传感器构成为例，在光学测位仪的两个光学传感器的镜头朝向所确定的平面内，自两个光学传感器之间的连线的垂线向外延伸的方向。
作为一种可选的实施方式，上述各实施例的示踪设备，其相邻的两个定位组件20中，其中一个定位组件20中的任意示踪元件21的法向与另一 个定位组件20中的任意示踪元件21的法向间的夹角小于等于90°。通过上述设置，使得示踪设备和光学测位仪配合使用时，由于相邻的定位组件20的中其中一者的任意示踪元件21的法向与另一者的任意示踪元件21的法向间的夹角不大于90°，可以使得示踪元件21的法向与光学测位仪的法向之间的夹角不大于45°，从而便于光学测位仪检测到示踪元件21的信号，保证示踪设备的正常稳定使用。
在一些可选的示例中，本发明实施例提供的示踪设备，其沿基座10的全周向设置五组定位组件20，相邻两个定位组件20中，其中一个定位组件20中的示踪元件21的法向与另一个定位组件20中的示踪元件21的法向间的夹角为72°，在基座10外侧的任意一点到外周面102的垂线与至少一个定位组件20的各示踪元件21的法向的夹角小于等于36°。通过在基座10的全周向X设置五组定位组件20，能够进一步提升示踪设备的可识别角度，同时也降低了对于定位组件20的安装精度要求。在全周向设置多组定位组件20的设计中，设计五组是综合考虑安装、设计精度和设备可识别角度效果最好的一组设计。
在具体实施时，示踪设备所包括的多个定位组件20中，相邻两个定位组件20相互可以间隔设置，当然，在一些其他的示例中，相邻两个定位组件20也可以相交设置，均可以满足示踪设备的示踪要求。相交的设计可以节省基座外表面的占用，可以减少基座10的占用空间。
作为一种可选的实施方式，本发明上述各实施例提供的示踪设备，其基座10的至少一个端部101设置有定位机构30，定位机构30包括设置于端部101的定位孔和/或定位凸起。通过设置定位机构30，既能够满足对进行示踪设备进行出厂标定，具体可以用于三坐标坐标系与前端的坐标系转换，同时可以用于示踪设备进行现场精度检测。在一些可选的示例中，基座10可以只在其一个端部101设置上述定位机构30，也可以在其两个端部101均设置有上述定位机构30。
作为一种可选的实施方式，本发明上述各实施例提供的示踪设备，进一步包括连接于基座10的信号接收器40，信号接收器40用于接收启动信号，示踪元件21根据启动信号发射空间位置信息。信号接收器40的数量 可以只为一个，通过一个信号接收器40同时控制各定位组件20的示踪元件21，当然，信号接收器40的数量也可以多于一个，例如，在一些可选的示例中，信号接收器40的数量可以与定位组件20的数量相同并一一对应设置，每个信号接收器40对应控制其中一个定位组件20的各示踪元件21。
进一步的，本发明实施例还提供一种定位系统，定位系统包括上位机，光学测位仪、手术机器人，标定组件以及上述各实施例的示踪设备；示踪设备安装于手术机器人的机械臂操作端，其中，图像注册过程中，标定组件与示踪设备上的示踪元件21具有预定位置关系；上位机通过获取的包括标定组件中的标识点信息的患处图像，以及光学测位仪获取的示踪设备上示踪元件21的空间位置信息，将患处图像坐标系与以示踪元件21为基准的坐标系或者以光学测位仪为基准的坐标系进行转换，完成图像注册，上位机根据在患处图像上进行的规划路线、控制手术机器人的机械臂到达规划路线对应的目标空间位置。
作为一种可选的实施方式，定位系统还包括患者示踪器，光学测位仪以一定频率获取患者示踪器的空间位置信息，上位机根据获取的患者示踪器的空间位置信息，修正手术机器人的路线。
本发明实施例提供的定位系统，因其包括上述各实施例的示踪设备，通过多组沿基座10的周向X设置的定位组件20，扩大了示踪设备可以被光学测位仪识别的范围。同时，限定同一定位组件20所包括的各示踪元件21中，任意两个示踪元件21的法向夹角小于等于20°，使示踪设备在机械臂旋转过程中更容易被光学测位仪所识别，减少机械臂旋转时，光学测位仪丢失示踪设备的位置的情况发生，提高了定位的精准度，保证手术机器人能够更好的完成手术要求，因此，易于推广使用。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (16)

  1. 一种示踪设备，用于指示手术机器人的机械臂的空间位置，其特征在于，所述示踪设备包括：
    基座，具有两个相对的端部以及位于两个所述端部之间的外周面，其中一个所述端部用于与所述机械臂的操作端连接，另一个所述端部用于安装手术器械；
    定位组件，连接于所述基座并用于指示所述基座的空间位置，所述定位组件包括至少三个示踪元件，至少三个所述示踪元件不共线地设置于所述基座的外周面上；
    其中，所述定位组件的数量为多组，多组所述定位组件沿所述基座的周向分布，同一所述定位组件所包括的各所述示踪元件中，任意两个所述示踪元件的法向夹角小于等于20°。
  2. 根据权利要求1所述的示踪设备，其特征在于，多组所述定位组件沿所述基座的全周向设置，相邻的两个所述定位组件中，其中一个所述定位组件中的任意所述示踪元件的法向与另一个所述定位组件中的任意所述示踪元件的法向间的夹角小于等于90°。
  3. 根据权利要求1所述的示踪设备，其特征在于，同一所述定位组件中的各所述示踪元件的法向一致。
  4. 根据权利要求3所述的示踪设备，其特征在于，沿所述基座的全周向设置五组所述定位组件；
    相邻两个所述定位组件中，其中一个所述定位组件中的任意所述示踪元件的法向与另一个所述定位组件中的任意所述示踪元件的法向间的夹角为72°，和/或，在所述基座外侧的任意一点到所述外周面的垂线与至少一个所述定位组件的各所述示踪元件的法向的夹角小于等于36°。
  5. 根据权利要求1所述的示踪设备，其特征在于，
    相邻两个所述定位组件相互间隔设置；或者，相邻两个所述定位组件相互交错设置。
  6. 根据权利要求1所述的示踪设备，其特征在于，所述定位组件的至少三个所述示踪元件以预定的分布图形布置，任意两组所述定位组件的所述示踪元件的所述分布图形不同，以使光学测位仪能够根据所述分布图形区分各组所述定位组件。
  7. 根据权利要求1所述的示踪设备，其特征在于，所述基座的至少一个所述端部设置有定位机构，所述定位机构包括设置于所述端部的定位孔和/或定位凸起。
  8. 根据权利要求1至7任意一项所述的示踪设备，其特征在于，所述基座呈柱状结构体。
  9. 根据权利要求1至7任意一项所述的示踪设备，其特征在于，所述基座上设置有多个安装部，所述安装部包括安装平面和/或安装孔，每个所述安装部上设置有至少一个所述示踪元件。
  10. 根据权利要求9所述的示踪设备，其特征在于，所述基座上还设置有与所述安装部一一对应的避让面。
  11. 根据权利要求1至7任意一项所述的示踪设备，其特征在于，在所述基座的轴向上，所述基座包括同轴设置的第一柱体以及第二柱体，所述第一柱体的外径大于所述第二柱体的外径，所述第一柱体远离所述第二柱体的一端设置有连接槽，所述连接槽沿所述轴向延伸。
  12. 根据权利要求1至7任意一项所述的示踪设备，其特征在于，同一所述定位组件的任意两个所述示踪元件的分布位置点相连所形成的线段的长度大于40mm；
    和/或，同一所述定位组件的每两个所述示踪元件的分布位置点相连所形成的多条线段中，任意两条所述线段的长度差值的绝对值大于3.5mm。
  13. 根据权利要求1至7任意一项所述的示踪设备，其特征在于，所述示踪设备进一步包括连接于所述基座的信号接收器，所述信号接收器用于接收启动信号，所述示踪元件根据所述启动信号发射空间位置信息。
  14. 根据权利要求1至7任意一项所述的示踪设备，其特征在于，所述示踪元件为红外发射器或者反光球。
  15. 一种定位系统，包括上位机，光学测位仪、手术机器人，标定组件，其特征在于，还包括如权利要求1-14中任一项所述的示踪设备，所述示踪设备安装于所述手术机器人的机械臂操作端，其中，图像注册过程中，所述标定组件与所述示踪设备上的所述示踪元件具有预定位置关系；
    所述上位机通过获取的包括所述标定组件中的标识点信息的患处图像，以及所述光学测位仪获取的所述示踪设备上所述示踪元件的空间位置信息，将患处图像坐标系与以所述示踪元件为基准的坐标系或者以所述光学测位仪为基准的坐标系进行转换，完成图像注册；所述上位机根据在所述患处图像上进行的规划路线、控制所述手术机器人的机械臂到达所述规划路线对应的目标空间位置。
  16. 根据权利要求15所述的定位系统，其特征在于，所述定位系统还包括患者示踪器，所述光学测位仪以一定频率获取所述患者示踪器的空间位置信息，所述上位机根据获取的所述患者示踪器的空间位置信息，修正所述手术机器人的路线。
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