[发明专利]一种种植牙机器人导航定位方法

说明书

本发明提供一种种植牙机器人导航定位方法，包括以下步骤：建立刀具目标位姿坐标系到机械臂基座坐标系的转换矩阵；建立手术刀具坐标系到机械臂末端TCP坐标系的转换矩阵；计算刀具到达目标位姿时，机械臂末端TCP坐标系到机械臂基座坐标系的转换矩阵，从而生成对种植牙机器人的机械臂各关节的控制指令，使机械臂各关节发生运动。本发明利用CT扫描仪和光学定位仪的测量，建立患者种植牙路径和手术刀具之间的坐标系转换关系，从而引导机械臂运动，带动手术刀具到达目标路径的进入点位置和方向，采用机械臂带动手术刀具运动，具有操作简便，安全可靠，可实现手术刀具位置和方向的精确定位，降低医生的工作强度，有效提高种植牙手术的精度。

技术领域

本发明属于手术机器人导航定位技术领域，具体涉及一种种植牙机器人导航定位方法。

背景技术

传统的种植牙手术需要医生手持手术刀进行操作，为达到较好的手术效果，对医生的操作精度和稳定性有很高要求；此外，医生进行多台手术后容易疲劳，也会影响手术效果。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种种植牙机器人导航定位方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种种植牙机器人导航定位方法，包括以下步骤：

步骤S1，种植牙患者的非种植牙牙齿佩戴患者示踪器，使患者示踪器和种植牙目标位置之间的相对位姿保持不变；

步骤S2，采用CT扫描仪对包含患者示踪器和种植牙目标位置的牙齿区域进行CT扫描，得到CT扫描图像；

步骤S3，在CT扫描图像中规划种植牙路径，确定CT坐标系下目标路径的进入点位置A_C和进入点方向其中，进入点位置A_C和进入点方向形成CT坐标系下的进入点目标位姿；

步骤S4，种植牙机器人包括机械臂基座、多关节机械臂、手术刀具和工具示踪器；其中，机械臂基座固定设置，位置保持不变；机械臂基座的上面安装多关节机械臂；多关节机械臂的末端安装手术刀具和工具示踪器；在手术过程中，工具示踪器、手术刀具和多关节机械臂末端之间的相对位姿保持不变，即：工具示踪器坐标系、手术刀具坐标系Tip和机械臂末端TCP坐标系之间的相对位姿保持不变，但是，在手术刀具运动过程中，工具示踪器坐标系、手术刀具坐标系Tip和机械臂末端TCP坐标系会实时发生变化，而机械臂基座坐标系保持不变；

步骤S5，将步骤S3确定的CT坐标系下目标路径的进入点位置A_C和进入点方向转换为机械臂基座坐标系下的目标路径的进入点位置A_B和进入点方向

其中：

I为3行3列的单位向量；

^CT_S为CT坐标系到患者示踪器坐标系的转换矩阵；

^ST_O为患者示踪器坐标系到光学定位仪坐标系的转换矩阵；

^OT_T为光学定位仪坐标系到工具示踪器坐标系的转换矩阵；

^TT_E为工具示踪器坐标系到机械臂末端TCP坐标系的转换矩阵；

^ET_B为机械臂末端TCP坐标系到机械臂基座坐标系的转换矩阵；

步骤S6，建立刀具目标位姿坐标系Tip′到机械臂基座坐标系的转换矩阵^Tip′T_B：