[发明专利]一种全髋关节置换手术机器人系统

权利要求书

1.一种全髋关节置换手术机器人系统，其特征在于，包括：光学定位仪、影像系统和机械臂，还包括：

步骤一、通过影像系统拍摄髋骨的医学影像，得到目标影像图；

步骤二、利用深度学习网络模型对所述目标影像图进行医学诊断关键点识别，智能识别出医学影像中的关键点，对髋关节发育不良诊断的相关参数进行测量，形成测量报告；

步骤三、通过光学定位仪对机械臂进行手眼标定，得到光学定位仪坐标系与机械臂基座坐标系之间的转换关系；

步骤四、放置对髋骨进行定位的光学定位球，通过影像系统对具有光学定位球的髋骨进行CT扫描，得到多张髋骨CT图像，并用三维重构软件对所述多张髋骨CT图像进行重建，得到三维髋骨模型；

步骤五、从所述三维髋骨模型中获取髋臼磨锉的合适外展角、前倾角和软骨厚度值，并规划出基于图像空间坐标系的磨锉定位路径；

步骤六、根据所述三维髋骨模型计算得到图像空间坐标系与光学定位仪坐标系之间的转换关系；

步骤七、结合转换公式(1)求解出图像空间坐标系与机械臂基座坐标系的转换关系：

为图像空间坐标系到机械臂基座坐标系的转换关系，为图像空间坐标系到光学定位仪坐标系的转换关系，为光学定位仪坐标系到机械臂基座坐标系的转换关系；

步骤八、根据图像空间坐标系到机械臂基座坐标系的转换关系，将所述基于图像空间坐标系的磨锉定位路径转换成基于机械臂基座坐标系的磨锉定位路径；

步骤九、所述机械臂的末端装载髋臼磨锉的锉头，所述机械臂的末端根据基于机械臂基座坐标系的磨锉定位路径执行移动到定位磨锉位置；

步骤十、所述机械臂的末端对髋臼磨锉的锉头进行锁定角度，所述机械臂的末端带动髋臼磨锉的锉头通过线性移动进行磨锉作业。

2.根据权利要求1所述的一种全髋关节置换手术机器人系统，其特征在于，通过光学定位仪对机械臂进行手眼标定，得到光学定位仪坐标系与机械臂基座坐标系之间的转换关系具体包括：通过机械设计并加工出可用于光学定位仪的标定工具，将标定工具通过螺纹连接固定在机械臂的末端，所述标定工具设有目标光学标定球，机械臂按照规划的步长智能运动带动目标光学标定球移动，以进行多次手眼标定过程移动，在手眼标定过程移动中，得到目标光学标定球的轨迹点在机械臂基座坐标系的坐标点信息和在光学定位仪坐标系下的坐标点信息；根据kd-tree算法快速搜索出手眼标定过程移动中手眼误差最优的坐标点信息，重新设定机械臂的初始位置，使其满足目标光学标定球在光学定位仪视野中间位置，重新进行手眼标定移动过程；通过多次手眼标定移动过程，得到多个手眼误差最优的轨迹点；

根据数学表达式Y＝AX求最优解方式得到光学定位仪坐标系与机械臂基座坐标系之间的转换关系；

其中，X为手眼误差最优的轨迹点在光学定位仪坐标系下的坐标；Y为手眼误差最优的轨迹点在机械臂基座坐标系下的坐标；A为光学定位仪坐标系与机械臂基座坐标系之间的转换关系。

3.根据权利要求2所述的一种全髋关节置换手术机器人系统，其特征在于，目标光学标定球的轨迹点在机械臂基座坐标系的坐标点信息的计算方式具体包括：在机械设计图纸上获取得到所述机械臂的末端到所述目标光学标定球的中心的设计尺寸，根据所述设计尺寸设定所述机械臂的TCP参数，通过所述机械臂的TCP参数计算得到所述目标光学标定球的轨迹点在所述机械臂基座坐标系中的坐标。

4.根据权利要求1所述的一种全髋关节置换手术机器人系统，其特征在于，在步骤六中，根据所述三维髋骨模型计算得到图像空间坐标系与光学定位仪坐标系之间的转换关系具体包括：将三维髋骨模型转为点云图，采用点云深度学习神经网络模型分割出在图像空间坐标系下每个光学定位球的轮廓，并获取每个光学定位球在图像空间坐标系下的中心坐标；

获取光学定位球在光学定位仪坐标系下的坐标，根据数学表达式Y1＝BX1得到图像空间坐标系与光学定位仪坐标系之间的转换关系；其中，X1为光学定位球在图像空间坐标系下的中心坐标，Y1是光学定位球在光学定位仪坐标系下的坐标，B表示为图像空间坐标系与光学定位仪坐标系之间的转换关系。