(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210749345.1 (22)申请日 2022.06.28 (71)申请人 南京普爱医疗设备股份有限公司 地址 211100 江苏省南京市江宁区望溪路 97、 99号 (72)发明人 刘金虎　史颖琴　 (74)专利代理 机构 江苏圣典律师事务所 32 237 专利代理师 胡建华 (51)Int.Cl. A61B 34/20(2016.01) A61B 34/30(2016.01) A61B 34/10(2016.01) G06T 7/73(2017.01) G06T 19/00(2011.01) (54)发明名称 一种骨科手术机器人示踪装置及自补偿跟 踪方法 (57)摘要 本发明公开了一种骨科手术机器人示踪装 置及自补偿跟踪方法， 示踪装置包括刚体支撑 体， 在刚体支 撑体上设有示踪器； 方法包括： 获取 光学跟踪器坐标系下对应的基准点云， 同时记录 示踪装置在光学跟踪器中基础位姿信息； 计算机 器人所在坐标系与光学跟踪器坐标系间的位姿 转换关系， 确定位姿转换关系； 在机器人导航系 统中， 实时检测跟踪装置的位姿变化， 实时更新 图像坐标系到机器人坐标系的转换关系， 从而控 制机器人的有效执行。 本发明可实时检测机器人 坐标系或光学跟踪器坐标系的位姿变化， 及时优 化， 避免临床中机器人坐标系或光学跟踪器位姿 变换对机器人导航系统执行精度的影 响， 保证系 统精度稳定可靠， 在骨科手术机器人系统中具有 极高的应用价 值。 权利要求书2页 说明书4页 附图4页 CN 114948211 A 2022.08.30 CN 114948211 A 1.一种骨科手术机器人示踪装置， 其特征在于， 包括刚体支撑体， 在刚体支撑体上设有 用于定位补偿的示踪器。 2.根据权利要求1所述的一种骨科手术机器人示踪装置， 其特征在于， 刚体支撑体包括 活动关节以及连接杆， 示踪器的位置和姿态通过活动关节以及连接杆进行调节并固定 。 3.根据权利要求2所述的一种骨科手术机器人示踪装置， 其特征在于， 示踪器包括注册 点支撑架(311)和注册点(312)； 注册点支撑架(311)四周以共面不共线的方式设置注册点 (312)； 注 册点(312)不少于三个。 4.根据权利要求3所述的一种骨科手术机器人示踪装置， 其特征在于， 包括用于与外部 连接的连接组件(301)； 所述刚体支撑体包括： 第一关节(302)、 第二关节(304)、 第三关节 (306)、 第四关节(308)、 第五关节(310)、 第一连接杆(303)、 第二连接杆(305)、 第三连接杆 (307)、 第四连接杆(3 09)以及第五连接杆(314)； 其中， 第一关节(302)连接第一连接杆( 303)与连接组件( 301)， 且第一关节( 302)为 360°旋转关节； 第二关节(304)连接第一连接杆(303)与第二连接杆(305)， 且第二关节(304)为翻转关 节； 第三关节(306)连接第二连接杆(305)与第三连接杆(307)， 且第三关节(306)为翻转关 节； 第四关节(308)连接第三连接杆(307)与第四连接杆(309)， 且第四关节(308)为360 °旋 转关节； 第五关节(310)连接第四连接杆(309)与第五连接杆(314)， 且第五关节(310)为翻转关 节； 第五连接杆(314)与安装接口(313)连接， 用于安装示踪器。 5.一种包含权利要求1 ‑3中任意一项所述示踪装置的骨科手术机器人， 包括主机和骨 科手术机械臂， 骨科手术机械臂上设有示踪器， 其特征在于， 所述主机或者骨科手术机械臂 上设有刚体支撑体， 在刚体支撑体上设有用于 定位补偿的示踪器。 6.一种骨科手术机器人自补偿跟踪方法， 其特征在于， 根据定位补偿的示踪器的定位 坐标以及位姿数据， 结合骨科手术机器人和光学跟踪器的定位坐标以及位姿数据， 采用迭 代最近点算法即ICP算法或矩阵奇异值分解算法计算各个坐标系间的位姿转换关系， 实现 自补偿跟踪。 7.根据权利要求6所述的一种骨科手术机器人自补偿跟踪方法， 其特 征在于， 包括： 获取示踪装置在光学跟踪器中对应的基础位姿信 息、 骨科手术机器人基准点云和光学 跟踪器基准点云； 获取3D导 航图像数据和光学跟踪器的位置信息； 计算光学跟踪器坐标系与3D导航图像数据的坐标系之间的转换关系； 计算骨科手术机 器人基准点云s、 光学跟踪器基准点云获取时刻， 以及光学跟踪器坐标系与骨科手术机器人 坐标系间的位姿转换关系； 实时跟踪当前示踪装置在光学跟踪器中对应的位姿信息， 并计 算与基础位姿信息之间的转换关系， 再结合位姿转换关系， 计算并更新当前光学跟踪器坐 标系与骨科手术机器人坐标系间的位姿转换关系； 根据得到的位姿转换关系， 结合得到的 位姿转换关系， 将3D导航图像数据的坐标系下 的位姿转换到机器人坐标系下 的位姿， 发送 给骨科手术机 机器人， 进 而控制骨科手术机 机器人运动到相应的位置 。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114948211 A 28.据权利要求6所述的一种骨科手术机器人自补偿跟踪方法， 其特征在于， 计算当前骨 科手术机器人的位姿在3D导航图像中的实时显示与实际规划点的误差δ， 验证当前骨科手 术机器人运动位姿是否符合精度要求。 9.根据权利要求8所述的一种骨科手术机器人自补偿跟踪方法， 其特征在于， 计算当前 骨科手术机器人的位姿在3D导 航图像中的实时显示与实际规划点的误差的方法包括： 通过光学跟踪器获取骨科手术机器人当前位姿； 根据光学跟踪器坐标系与3D导航图像坐标系之间的转换关系， 将骨科手术机器人当前 位姿转换到 3D导航图像坐标系中并显示； 计算当前骨科手术机器人的运动位姿在3D导航图像中的坐标与预规划时目标运动位 姿在3D导 航图像中的坐标差 。 10.根据权利要求9所述的一种骨科手术机器人自补偿跟踪方法， 其特征在于， 步骤5中 计算骨科手术机器人基准点云和光学跟踪器基准点云获取时刻， 光学跟踪器坐标系与骨科 手术机器人坐标系间的位姿转换关系的方法为迭代最近点算法即ICP算法或矩阵奇异 值分 解算法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114948211 A 3