[发明专利]一种基于信息物理融合的骨折复位机器人系统

说明书

本发明涉及一种基于信息物理融合的骨折复位机器人系统，包括工作台，工作台通过后立板连接有基平台，基平台通过后万向节、电推杆、前万向节转动连接远端固定环，远端固定环一侧安装有远端标志物，工作台上安装有第一固定架，第一固定架顶部安装的滚轮一、滚轮二的内侧安装有转动环，转动环通过连接板连接有双目相机，工作台上安装的第二固定架上安装有调高机构，调高机构顶部通过夹持机构安装有近端固定环，近端固定环一侧安装有近端标志物，单次透视后，利用双目相机的视差原理，结合远端标志物、近端标志物的角点坐标，即可确定远、近端骨断面的位姿关系，通过引导控制电推杆的伸缩状态实施骨折复位手术。

技术领域

本发明属于骨折复位机器人技术领域，具体涉及一种基于信息物理融合的骨折复位机器人系统。

背景技术

在传统的骨折复位手术中，外科医生需要在对抗患者肌肉张力时消耗大量体能，甚至需要多名经验丰富的医生合力完成一位患者的复位，极大地消耗了医疗资源。同时，在复位过程中，医生无法准确的量化复位精度，采用透视影像将会提高医生的复位精度的控制，但多次并长时间照射X光同样会造成人体危害。随着机器人技术的发展，将机器人技术引入骨外科治疗可能是理想的解决方案。首先，机器人可以提供稳定且可靠的牵引力和复位力。同时，通过引入机器人技术，骨折复位的精度也可以得到量化。机器视觉的引入可以明显的减少骨折复位对于透视影像的依赖，有助于减少医生及患者所受到的辐射伤害。

发明内容

为解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供了一种基于信息物理融合的骨折复位机器人系统，单次透视后，利用双目相机的视差原理，结合远端标志物、近端标志物的角点坐标，即可确定远、近端骨断面的位姿关系，通过引导控制电推杆的伸缩状态实施骨折复位手术。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于信息物理融合的骨折复位机器人系统，包括工作台，所述工作台顶面的后侧固定安装有后立板，所述后立板的上部固定连接基平台的两侧，所述基平台通过六个后万向节转动连接电推杆的一端，所述电推杆的另一端通过前万向节转动连接远端固定环的后端面，所述远端固定环的一侧固定安装有远端标志物，所述远端固定环前方的工作台的顶面固定安装有第一固定架，所述第一固定架的顶部固定安装有滚轮固定座一和滚轮固定座二，所述滚轮固定座一上对称转动安装有滚轮一，所述滚轮固定座二上对称转动安装有滚轮二，所述滚轮一、滚轮二的内侧夹持安装有转动环，所述转动环的后端面固定安装有连接板，所述连接板的一端开设有调距滑槽，所述连接板的顶端固定安装有双目相机，所述转动环前方的工作台的顶面固定安装有第二固定架，所述第二固定架上固定安装有调高机构，所述调高机构包括下固定架、梯形丝杠、转柄、导杆、滑动台，所述滑动台的顶部通过夹持机构固定安装有近端固定环，所述近端固定环的一侧固定安装有近端标志物。

优选的，所述远端标志物、近端标志物朝向双目相机拍摄端的一面设有ArUco码；利用双目相机的双目视觉的视差原理，结合远端标志物、近端标志物的角点坐标，可最终计算估计远端标志物、近端标志物相对于双目相机的位置及姿态，通过坐标系变换，得到远端标志物相对于远端固定环的位姿、近端标志物相对于近端固定环的位姿以及远端、近端骨断面中心相对于远端固定环、近端固定环的位姿，由于远端骨断面相对于远端固定环固定，近端骨断面相对于近端固定环固定，因此仅需进行一次透视即可实现复位轨迹的计算。

优选的，所述转动环上开设有内螺纹通孔，所述连接板通过后端插入调距滑槽中的螺栓固定连接转动环上的内螺纹通孔；通过调距滑槽滑动调节连接板在转动环上的位置，以改变双目相机与远端标志物、近端标志物之间的距离，从而使远端标志物、近端标志物位于双目相机的合适的视野范围内，方便双目相机的定位。

优选的，所述转动环为扁平的圆环形结构，所述滚轮一的数量为多个，两个为一组前后对称转动连接转动环的前后端面，所述滚轮二的数量为多个，三个为一组左右对称转动连接转动环的内外两侧面；滚轮一、滚轮二可对转动环XYZ轴的方向进行限位，使转动环能够稳定的转动，带动双目相机移动，使远端标志物、近端标志物位于双目相机的合适的视野范围内。