[发明专利]机器人全膝关节置换术中的平面定位方法

摘要

本发明提出一种机器人全膝关节置换术中的平面定位方法，首先利用由四个红外发光二极管标志点与定位平面构建的定位探针，建立探针坐标系并求出探针坐标系与摄像机坐标系的关系，然后采用平面法定位方案，将探针定位平面对齐任意一个平面，沿平面滑动数次，确定出摄像机坐标系中的探针定位平面的方程，再对探针进行标定，求得探针定位平面在探针坐标系下的方程，最后利用标定好的探针对所要定位的物体平面进行定位。本发明的方法简单、灵活、实现容易，对探针进行一次标定后就可以直接用来平面定位，提高了定位的效率，以直接平面定位代替多点间接平面定位，大大减小了定位时存在的误差。

主权项

1、一种机器人全膝关节置换术中的平面定位方法，其特征在于包括如下具体步骤：1)构造平面定位探针并求出探针坐标系与摄像机坐标系的关系：设定由四个发光二极管标志点(A，B，C，D)及定位平面(E1E2E3E4)组成的平面定位探针，选取定位探针上两个标志点构成的矢量作为X轴，再由垂直于三点的平面法向量组成Y轴，最后由直角坐标系的右手法则构成Z轴，构成探针坐标系后，根据四个标志点在摄像机坐标系中的位置求出探针坐标系与摄像机坐标系的之间的旋转与平移关系；2)平面法求出摄像机坐标系中探针定位平面的方程：将探针的定位平面(E1E2E3E4)对齐任意一个平面，然后将探针沿平面平动与转动两次，得到每个位置时四个标志点在摄像机坐标系中的三维坐标值，将标志点前后运动轨迹平面法向量的均值作为探针定位平面的法向量，并通过标志点运动前后的变换关系，求出探针定位平面上的一个点的坐标从而确定探针定位平面在摄像机坐标系中的方程；3)对探针进行标定：根据步骤2得到的摄像机坐标系下的探针定位平面方程，利用步骤1中得到的探针坐标系与摄像机坐标系的变换关系，得到在探针坐标系下的探针定位平面方程，由此确定探针定位平面(E1E2E3E4)与四个标志点(A，B，C，D)的相对关系；4)利用标定好的探针对物体的平面进行定位：将标定好的探针定位平面(E1E2E3E4)对齐所要定位物体的平面，得到摄像机坐标系下四个标志点的三维坐标，同时根据步骤3中得到的定位平面(E1E2E3E4)与标志点(A，B，C，D)的相对关系，直接得到物体平面在摄像机坐标系下的方程，从而完成对物体平面的定位。