CN111590584B - 安全限位区的确定方法和装置、复位方法和医用机器人 - Google Patents

Abstract

本公开涉及医疗器械技术领域，提出一种安全限位区的确定方法和装置、复位方法和医用机器人。该安全限位区的确定方法包括：获取从第一方向拍摄的肢体的第一图像，第一图像包括第一有效区域和第二有效区域，第一有效区域能够匹配于第二有效区域；获取从第二方向拍摄的肢体的第二图像，第二图像包括与第一有效区域对应的第三有效区域和与第二有效区域对应的第四有效区域，第三有效区域能够匹配于第四有效区域，第二方向与第一方向相互垂直；根据第一有效区域、第二有效区域、第三有效区域和第四有效区域获取安全限位区以及安全旋转角度。针对不同的骨折病人能够设定不同的安全限位区以及安全旋转角度。

Description

安全限位区的确定方法和装置、复位方法和医用机器人

技术领域

本公开涉及医疗器械技术领域，具体而言，涉及一种安全限位区的确定方法和安全限位区的确定装置、复位方法和包括该安全限位区的确定装置的医用机器人。

背景技术

目前，机器人的限位主要通过在关节处增加限位模块，当机器人到达限位处，通过碰撞使机器人停止，它所保护的是机器人的内部电缆，使其不会因为关节过度旋转而扭曲损坏。还有一些预先存储多个外科手术的安全阈值极限，安全阈值极限的边界数据应该是医生根据特定经验设定的大概值。

但是，对于骨折病人来说，在人体的任何部位都可能出现骨折，具体边界数据只能根据病人的实际骨折情况来设定，没有提前设定存储的可能性。

因此，有必要研究一种安全限位区的确定方法和安全限位区的确定装置、复位方法和包括该安全限位区的确定装置的医用机器人。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于克服上述现有技术的不能根据实际骨折情况来设定安全限位区的不足，提供一种能够根据实际骨折情况来设定安全限位区的安全限位区的确定方法和安全限位区的确定装置、复位方法和包括该安全限位区的确定装置的医用机械手。

根据本公开的一个方面，提供一种安全限位区的确定方法，包括：

获取从第一方向拍摄的肢体的第一图像，所述第一图像包括第一有效区域和第二有效区域，所述第一有效区域能够匹配于所述第二有效区域；

获取从第二方向拍摄的所述肢体的第二图像，所述第二图像包括与所述第一有效区域对应的第三有效区域和与所述第二有效区域对应的第四有效区域，所述第三有效区域能够匹配于所述第四有效区域，所述第二方向与所述第一方向相互垂直；

根据所述第一有效区域、第二有效区域、第三有效区域和所述第四有效区域获取安全限位区以及安全旋转角度。

在本公开的一种示例性实施例中，根据所述第一有效区域、第二有效区域、第三有效区域和所述第四有效区域获取安全限位区，包括：

建立以机械手与所述肢体接触点为坐标原点的三维直角坐标系；

在所述第一有效区域上获取与所述第二有效区域匹配的第一匹配曲线，以及在所述第二有效区域上获取与所述第一有效区域匹配的第二匹配曲线；

在所述第一匹配曲线上获取多个第一匹配点，在所述第二匹配曲线上获取多个第二匹配点，所述多个第一匹配点与所述多个第二匹配点是一一匹配的；

在所述第三有效区域上获取与所述第四有效区域匹配的第三匹配曲线，以及在所述第四有效区域上获取与所述第三有效区域匹配的第四匹配曲线；

在所述第三匹配曲线上获取多个第三匹配点，在所述第四匹配曲线上获取多个第四匹配点，所述多个第三匹配点与所述多个第四匹配点是一一匹配的；

根据多个第一匹配点与多个第二匹配点，以及多个第三匹配点与多个第四匹配点获取安全限位区。

在本公开的一种示例性实施例中，根据多个第一匹配点与多个第二匹配点，以及多个第三匹配点与多个第四匹配点获取安全限位区，包括：

计算各个所述第一匹配点与对应的各个所述第二匹配点在第一轴向上的第一直线距离，计算多个第一直线距离的第一平均值；

计算各个所述第一匹配点与对应的各个所述第二匹配点在第二轴向上的第二直线距离，计算多个第二直线距离的第二平均值；

计算各个所述第三匹配点与对应的各个所述第四匹配点在第二轴向上的第三直线距离，计算多个第三直线距离的第三平均值；

计算各个所述第三匹配点与对应的各个所述第四匹配点在第三轴向上的第四直线距离，计算多个第四直线距离的第四平均值；

确定安全限位区为以所述坐标原点为中心点的长方体，所述长方体的长边与第一轴向平行，且所述长方体的长度值大于等于第一平均值，所述长方体的宽边与第二轴向平行，且所述长方体的宽度值大于等于第二平均值或第三平均值，所述长方体的高边与第三轴向平行，且所述长方体的高度值大于等于第四平均值。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第二平均值大于所述第三平均值，所述长方体的宽度值大于等于第二平均值。

在本公开的一种示例性实施例中，所述长方体的长度值比第一平均值大2-3mm，所述长方体的宽度值比第二平均值大2-3mm，所述长方体的高度值比第四平均值大2-3mm。

在本公开的一种示例性实施例中，根据所述第一有效区域、第二有效区域、第三有效区域和所述第四有效区域获取安全旋转角度，包括：

在所述第一有效区域上获取与所述第一匹配曲线连接的第一边界线段相对于第一轴向的第一倾斜角度；

在所述第二有效区域上获取与所述第二匹配曲线连接的第二边界线段相对于第一轴向的第二倾斜角度，所述第一边界线段与所述第二边界线段能够匹配为一条线段；

在所述第三有效区域上获取与所述第三匹配曲线连接的第三边界线段相对于第三轴向的第三倾斜角度；

在所述第四有效区域上获取与所述第四匹配曲线连接的第四边界线段相对于第三轴向的第四倾斜角度，所述第三边界线段与所述第四边界线段能够匹配为一条线段；

确定所述第一倾斜角度与所述第二倾斜角度差值的绝对值等于或小于相对于所述第三轴向的安全旋转角度，所述第三倾斜角度与所述第四倾斜角度差值的绝对值等于或小于相对于所述第一轴向的安全旋转角度。

在本公开的一种示例性实施例中，相对于所述第三轴向的所述安全旋转角度为所述第一倾斜角度与所述第二倾斜角度差值的绝对值的105％-110％，相对于所述第一轴向的所述安全旋转角度为所述第三倾斜角度与所述第四倾斜角度差值的绝对值105％-110％。

根据本公开的一个方面，提供一种复位方法，包括：

获取复位起始点和复位终结点；

确定复位方向和复位距离，所述复位方向为从复位起始点指向复位终结点的方向，所述复位距离为所述复位起始点与所述复位终结点之间的直线距离；

获取复位方向与第一轴向的夹角，并根据所述夹角获得在各个坐标轴上的复位平移量；

获取复位旋转角，按照所述复位平移量和所述复位旋转角进行复位；

获取实时位移量和实时旋转角度，判断所述实时位移量是否在上述所述的安全限位区的确定方法确定的安全限位区内，并判断所述实时旋转角度是否在上述所述的安全限位区的确定方法确定的安全旋转角度范围内；

若所述实时位移量超过所述安全限位区，或所述实时旋转角超过所述安全旋转角度范围，停止复位操作。

根据本公开的一个方面，提供一种安全限位区的确定装置，包括：

第一获取单元，用于获取从第一方向拍摄的肢体的第一图像，所述第一图像包括第一有效区域和第二有效区域，所述第一有效区域能够匹配于所述第二有效区域；

第二获取单元，用于获取从第二方向拍摄的所述肢体的第二图像，所述第二图像包括与所述第一有效区域对应的第三有效区域和与所述第二有效区域对应的第四有效区域，所述第三有效区域能够匹配于所述第四有效区域所述第二方向与所述第一方向相互垂直；

确定单元，根据所述第一有效区域、第二有效区域、第三有效区域和所述第四有效区域获取安全限位区以及安全旋转角度。

根据本公开的一个方面，提供一种医用机器人，包括：

机械手；

上述任意一项所述的安全限位区的确定装置；

旋转传感器，用于测量所述机械手的实时旋转角度；

控制器，其输入端电连接于所述旋转传感器的输出端，其输出端电连接于所述机械手的控制端，用于根据所述旋转传感器的测量值以及所述确定装置确定的安全限位区以及安全旋转角度控制所述机械手的启停。

本发明的安全限位区的确定方法，获取从第一方向拍摄的肢体的第一图像，第一图像包括第一有效区域和第二有效区域，第一有效区域能够匹配于第二有效区域；获取从第二方向拍摄的肢体的第二图像，第二图像包括与第一有效区域对应的第三有效区域和与第二有效区域对应的第四有效区域，第三有效区域能够匹配于第四有效区域第二方向与第一方向相互垂直；根据第一有效区域、第二有效区域、第三有效区域和第四有效区域获取安全限位区以及安全旋转角度。针对不同的骨折病人能够设定不同的安全限位区以及安全旋转角度。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示意性示出本公开安全限位区的确定方法一示例实施方式的流程图。

图2示意性示出在第一图像上进行图像处理的结构图。

图3示意性示出在第二图像上进行图像处理的结构图。

图4示意性示出在第一图像上进行处理的CT图。

图5示意性示出在第二图像上进行处理的CT图。

图6示意性示出形成的安全限位区以及安全旋转角度的结构图。

图7示意性示出本公开复位方法一示例实施方式的流程图。

图8示意性示出复位时在第一图像上进行输入的结构图。

图9示意性示本公开安全限位区的确定装置一示例实施方式的方框图。

图10示意性示出本公机器人一示例实施方式的方框图。

图11示意性示出本公机器人一示例实施方式的结构图。

图中：

10、第一获取单元；20、第二获取单元；30、确定单元；

2、旋转传感器；3、控制器；4、机械手；

5、第一有效区域；51、第一匹配曲线；52、第一匹配点；

6、第二有效区域；61、第二匹配曲线；62、第二匹配点；

7、第三有效区域；71、第三匹配曲线；72、第三匹配点；

8、第四有效区域；81、第四匹配曲线；82、第四匹配点；

91、第一轴向；92、第三轴向；

101、安全限位区；102、安全旋转角度。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

本示例实施方式中首先提供了一种安全限位区的确定方法，参照图1所示，该安全限位区的确定方法可以包括以下步骤：

步骤S10，获取从第一方向拍摄的肢体的第一图像，所述第一图像包括第一有效区域5和第二有效区域6，所述第一有效区域5能够匹配于所述第二有效区域6。

步骤S20，获取从第二方向拍摄的所述肢体的第二图像，所述第二图像包括与所述第一有效区域5对应的第三有效区域7和与所述第二有效区域6对应的第四有效区域8，所述第三有效区域7能够匹配于所述第四有效区域8所述第二方向与所述第一方向相互垂直。

步骤S30，根据所述第一有效区域5、第二有效区域6、第三有效区域7和所述第四有效区域8获取安全限位区以及安全旋转角度。

根据本示例实施例中安全限位区的确定方法，针对不同的骨折病人能够设定不同的安全限位区以及安全旋转角度。

下面，将对本示例实施方式中的安全限位区的确定方法进行进一步的说明。

步骤S10，获取从第一方向拍摄的肢体的第一图像，所述第一图像包括第一有效区域5和第二有效区域6，所述第一有效区域5能够匹配于所述第二有效区域6。

参照图2所示，在本示例实施方式中，第一方向可以是从上往下的方向，即第三轴向92(z轴)。第一图像可以为CT图像，还可以是X光图像。肢体可以是骨折病人的骨折肢体。第一有效区域5是一块骨头骨折后形成两块骨头中的其中一块的图像，第二有效区域6是另一块骨头的图像，因此，第一有效区域5能够匹配于第二有效区域6，即第一有效区域5的骨折边缘能够与第二有效区域6的骨折边缘相匹配。也就是说，从上往下拍摄骨折肢体的CT图像，CT图像上有骨折后的两块骨头的图像，第一块骨头的图像为第一有效区域5，第二块骨头的图像为第二有效区域6，复位后第一有效区域5能够匹配于第二有效区域6。

步骤S20，获取从第二方向拍摄的所述肢体的第二图像，所述第二图像包括与所述第一有效区域5对应的第三有效区域7和与所述第二有效区域6对应的第四有效区域8，所述第三有效区域7能够匹配于所述第四有效区域8所述第二方向与所述第一方向相互垂直。

参照图3所示，在本示例实施方式中，第二方向可以是从前往后的方向，即第一轴向91(x轴)。第二图像可以为CT图像，还可以是X光图像。第三有效区域7与第一有效区域5拍摄的是同一块骨头，只是拍摄角度不同；第四有效区域8与第二有效区域6拍摄的是同一块骨头，只是拍摄角度不同。因此，第三有效区域7能够匹配于第四有效区域8，即第三有效区域7的骨折边缘能够与第四有效区域8的骨折边缘相匹配。也就是说，从前往后拍摄骨折肢体的CT图像，CT图像上有骨折后的两块骨头的图像，第一块骨头的图像为第三有效区域7，第二块骨头的图像为第四有效区域8，复位后第三有效区域7能够匹配于第四有效区域8。

步骤S30，根据所述第一有效区域5、第二有效区域6、第三有效区域7和所述第四有效区域8获取安全限位区以及安全旋转角度。

在本示例实施方式中，首先，建立以机械手与所述肢体接触面中的任一点为坐标原点的三维直角坐标系，该三维直角坐标系的x轴和y轴可以为水平轴，x轴与y轴垂直，z轴为竖直轴与x轴和y轴都垂直。当然，也可以根据机械手的工作设置坐标系，坐标系只是作为一个参考，只要一直保持一致即可。

参照图2和图3所示，然后，通过图像处理，在第一有效区域5上获取与第二有效区域6匹配的第一匹配曲线51，即在第一有效区域5上获取第一骨折曲线；以及在第二有效区域6上获取与第一有效区域5匹配的第二匹配曲线61，即在第二有效区域6上也是获取第二骨折曲线。在第三有效区域7上获取与第四有效区域8匹配的第三匹配曲线71，即在第三有效区域7上获取第三骨折曲线；以及在第四有效区域8上获取与第三有效区域7匹配的第四匹配曲线81，即在第四有效区域8上获取第四骨折曲线。

再通过图像处理，在第一匹配曲线51上获取多个第一匹配点52，第一匹配点52可以是第一骨折曲线上的起始点、最高点、最低点或曲率半径最大处的点等等。在第二匹配曲线61上获取多个第二匹配点62，第二匹配点62也可以是第二骨折曲线上的起始点、最高点、最低点或曲率半径最大处的点等等。多个第一匹配点52与多个第二匹配点62是一一匹配的，一般地，在第一骨折曲线上的起始点对应第二骨折曲线上的起始点，在第一骨折曲线上的最高点对应第二骨折曲线上的最低点，反之亦然；在第一骨折曲线上的曲率半径最大处的点对应第二骨折曲线上的曲率半径最大处的点。

还通过图像处理，在第三匹配曲线71上获取多个第三匹配点72，第三匹配点72可以是第三骨折曲线上的起始点、最高点、最低点或曲率半径最大处的点等等。在第四匹配曲线81上获取多个第四匹配点82，第四匹配点82可以是第四骨折曲线上的起始点、最高点、最低点或曲率半径最大处的点等等。多个第三匹配点72与多个第四匹配点82是一一匹配的；一般地，在第三骨折曲线上的起始点对应第四骨折曲线上的起始点，在第三骨折曲线上的最高点对应第四骨折曲线上的最低点，反之亦然；在第三骨折曲线上的曲率半径最大处的点对应第四骨折曲线上的曲率半径最大处的点。

其次，计算各个第一匹配点52与对应的各个第二匹配点62在第一轴向91上的第一直线距离，多个第一匹配点52与多个第二匹配点62必然会形成多个第一直线距离，计算多个第一直线距离的第一平均值。

计算各个第一匹配点52与对应的各个第二匹配点62在第二轴向上的第二直线距离，多个第一匹配点52与多个第二匹配点62必然会形成多个第二直线距离，计算多个第二直线距离的第二平均值。

计算各个第三匹配点72与对应的各个第四匹配点82在第二轴向上的第三直线距离，多个第三匹配点72与多个第四匹配点82必然会形成多个第三直线距离，计算多个第三直线距离的第三平均值。

计算各个第三匹配点72与对应的各个第四匹配点82在第三轴向92上的第四直线距离，多个第三匹配点72与多个第四匹配点82必然会形成多个第四直线距离，计算多个第四直线距离的第四平均值。

确定安全限位区为以坐标原点为中心点的长方体，长方体的长边与第一轴向91平行，且长方体的长度值大于等于第一平均值，长方体的长度值比第一平均值大2mm-3mm。长方体的宽边与第二轴向平行，且长方体的宽度值大于等于第二平均值或第三平均值，一般选择第二平均值、第三平均值中较大的进行后续计算，以便形成较大的安全限位区；长方体的宽度值比第二平均值或第三平均值大2mm-3mm。长方体的高边与第三轴向92平行，且长方体的高度值大于等于第四平均值，长方体的高度值比第四平均值大2mm-3mm。

上述对安全限位区的确定进行了具体说明，下面对安全旋转角度的确定进行具体说明。

参照图2和图3所示，在第一有效区域5上获取与第一匹配曲线51连接的第一边界线段相对于第一轴向91的第一倾斜角度βe。在第二有效区域6上获取与第二匹配曲线61连接的第二边界线段相对于第一轴向91的第二倾斜角度βs，第一边界线段与第二边界线段能够匹配为一条线段。例如，第一边界线段位于第一有效区域5的左侧，第二边界线段也位于第二有效区域6的左侧；当然，第一边界线段位于第一有效区域5的右侧，第二边界线段也位于第二有效区域6的右侧。第一边界线段与第二边界线段能够匹配为一条线段，是指骨折部位复位后，第一边界线段与第二边界线段能够连接形成一条线段。

在第三有效区域7上获取与第三匹配曲线71连接的第三边界线段相对于第三轴向92的第三倾斜角度θe；在第四有效区域8上获取与第四匹配曲线81连接的第四边界线段相对于第三轴向92的第四倾斜角度θs，第三边界线段与第四边界线段能够匹配为一条线段。例如，第三边界线段位于第三有效区域7的左侧，第四边界线段也位于第四有效区域8的左侧；当然，第三边界线段位于第三有效区域7的右侧，第四边界线段也位于第四有效区域8的右侧。第三边界线段与第四边界线段能够匹配为一条线段，是指骨折部位复位后，第三边界线段与第四边界线段能够连接形成一条线段。

第一边界线段、第二边界线段、第三边界线段和第四边界线段都是骨头本身边沿形成的图像，由于骨折可能会发生一定角度值的错位角度，复位需要将转动的错位角度消除。

确定第一倾斜角度与第二倾斜角度差值的绝对值等于或小于相对于第三轴向92的安全旋转角度，该安全旋转角度是第一倾斜角度与第二倾斜角度差值的绝对值的105％-110％。第三倾斜角度与第四倾斜角度差值的绝对值等于或小于相对于第一轴向91的安全旋转角度，该安全旋转角度是第三倾斜角度与第四倾斜角度差值的绝对值的105％-110％。从而得到如图6所示的安全限位区101和安全旋转角度102。

在本公开的其他示例实施方式中，参照图4所示，医护人员可以根据自己多年的经验在第一图像上直接画出安全区域边界线(先画的为startLine(sL)，后画的为endLine(eL))。XsL是条竖直的直线，坐标为(Xs，0)，与复位开始位置的骨骼边界对齐；XeL是条竖直的直线，坐标为(Xe，0)，与复位结束位置的骨骼边界对齐，考虑到肌肉的弹性和皮肤的错位，这条线会越过骨骼边界2-3mm距离。YsL是条水平的直线，坐标为(0，Ys)，与复位开始位置的骨骼边界对齐；YeL是条水平的直线，坐标为(0，Ye)，与复位结束位置的骨骼边界对齐，考虑到肌肉的弹性和皮肤的错位，这条线会越过骨骼边界2-3mm距离。RZsL是条斜线，与水平的夹角为βs，与复位开始位置的骨骼边界对齐；RZeL是条斜线，与水平的夹角为βe，与复位结束位置的骨骼边界对齐，考虑到肌肉的弹性和皮肤的错位，这条线的角度会比实际骨骼边线的角度大5％-10％。绘制完成后，***自动计算出复原骨折所允许的最大移动范围Δx＝Xe-Xs，Δy＝Ye-Ys，Δrz＝βe-βs。

参照图5所示，医护人员可以根据自己多年的经验在第二图像上直接画出安全区域边界线(先画的为startLine(sL)，后画的为endLine(eL))。ZsL是条竖直的直线，坐标为(Zs，0)，与复位开始位置的骨骼边界对齐；ZeL是条竖直的直线，坐标为(Ze，0)，与复位结束位置的骨骼边界对齐，考虑到肌肉的弹性和皮肤的错位，这条线会越过骨骼边界2-3mm距离；YsL是条水平的直线，坐标为(0，Ys)，与复位开始位置的骨骼边界对齐；YeL是条水平的直线，坐标为(0，Ye)，与复位结束位置的骨骼边界对齐，考虑到肌肉的弹性和皮肤的错位，这条线会越过骨骼边界2-3mm距离；RXsL是条斜线，与水平的夹角为θs，与复位开始位置的骨骼边界对齐；RXeL是条斜线，与水平的夹角为θe，与复位结束位置的骨骼边界对齐，考虑到肌肉的弹性和皮肤的错位，这条线的角度会比实际骨骼边线的角度大5％-10％；绘制完成后，***自动计算出复原骨折所允许的最大移动范围Δz＝Ze-Zs，Δy＝Ye-Ys，Δrx＝θe-θs。Δy取大的一个，Δry取0，从而得到安全限位区101SafeZone和安全旋转角度102(Δx,Δy,Δz,Δrx,Δry,Δrz)，参照图6所示。

此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。

进一步的，本示例实施方式中还提供了一种复位方法，参照图7所示，该复位方法可以包括以下步骤：

步骤S1，获取复位起始点和复位终结点。

步骤S2，确定复位方向和复位距离，所述复位方向为从复位起始点指向复位终结点的方向，所述复位距离为所述复位起始点与所述复位终结点之间的直线距离。

步骤S3，获取复位方向与第一轴向91的夹角θ，并根据所述夹角θ获得在各个坐标轴上的复位平移量。

步骤S4，获取复位旋转角β，按照所述复位平移量和所述复位旋转角β进行复位。

步骤S5，获取实时位移量和实时旋转角度，判断所述实时位移量是否在上述确定的安全限位区内，并判断所述实时旋转角度是否在上述确定的安全旋转角度范围内。

步骤S6，若所述实时位移量超过所述安全限位区，或所述实时旋转角超过所述安全旋转角度范围，停止复位操作。

首先，需要建立远程计算机与机器人的连接，可以采用Socket通讯方式，计算机通过socket向机器人发送指令，同时计算机上开通一个独立的线程threadMonitor，用于实时监测机器人的位置信息(x,y,z,rx,ry,rz)。

远程设置机器人为自由移动状态，医生拖动机器人与骨折患者肢体连接，将机器人与患者摆放到合适的位置，即此时机器人每个关节的角度尽可能的接近0度，使机器人有较大的可操作空间，解除自由移动，机器人把持患者肢体保持不动，***记录次数机器人的位置OriginalPoint(原点)(X0,Y0,Z0,RX0,RY0,RZ0)。

在本示例实施方式中，医务人员可以在第一图像内输入复位起始点和复位终结点，一般先输入的为复位起始点，后输入的为复位终结点，当然，也可以输入在设定的菜单选项内。

如图8所示，图中箭头方向表示复位方向，直线长度D表示复位距离。确定复位方向后，可以自动获取复位方向与第一轴向91(图中Dx所在轴向)的夹角θ，然后分解为X、Y、Z轴的复位平移量，Δx＝Dx＝D*sinθ，Δy＝Dy＝D*cosθ。

复位旋转角β可以是医务人员可以在第一图像内输入的，转换成弧度为Δrz＝β*3.14/180，确定复位平移量和复位旋转角后，则自动生成目标点坐标(X0+D*sinθ，Y0+D*cosθ，Z0，RX0，RY0，RZ0+β*3.14/180)，机器人执行Movel(X0+D*sinθ，Y0+D*cosθ，Z0，RX0，RY0，RZ0+β*3.14/180)。

在复位过程中，获取实时位移量和实时旋转角度，判断实时位移量是否在上述确定的安全限位区内，并判断实时旋转角度是否在上述确定的安全旋转角度范围内。

若所述实时位移量超过安全限位区，或实时旋转角超过所述安全旋转角度范围，停止复位操作。当然，若所述实时位移量没有超过安全限位区，且实时旋转角没有超过所述安全旋转角度范围，继续进行复位操作，直至复位完成。

进一步的，本示例实施方式中还提供了一种对应于上述安全限位区的确定方法的安全限位区的确定装置，参照图9所示，该安全限位区的确定装置可以包括第一获取单元10、第二获取单元20和确定单元30，第一获取单元10可以用于获取从第一方向拍摄的肢体的第一图像，所述第一图像包括第一有效区域5和第二有效区域6，所述第一有效区域5能够匹配于所述第二有效区域6；第二获取单元20可以用于获取从第二方向拍摄的所述肢体的第二图像，所述第二图像包括与所述第一有效区域5对应的第三有效区域7和与所述第二有效区域6对应的第四有效区域8，所述第三有效区域7能够匹配于所述第四有效区域8所述第二方向与所述第一方向相互垂直；确定单元30可以根据所述第一有效区域5、第二有效区域6、第三有效区域7和所述第四有效区域8获取安全限位区以及安全旋转角度。

上述安全限位区的确定装置中各模块的具体细节已经在对应的安全限位区的确定方法中进行了详细的描述，因此，此处不再赘述。

进一步的，本示例实施方式中还提供了一种医用机器人，参照图10和图11所示，该医用机器人可以包括位机械手4、旋转传感器2、控制器3以及上述所述的安全限位区的确定装置；安全限位区的确定装置上述已经进行了详细说明，因此，此处不再赘述。

旋转传感器2可以用于测量所述机械手4的实时旋转角度；控制器3的输入端电连接于所述旋转传感器2的输出端，控制器3能够根据旋转传感器2测量的机械手4的实时旋转角度计算得到机械手4的实时位移量，控制器3的输出端电连接于所述机械手4的控制端，控制器3可以用于根据所述旋转传感器2的测量值以及所述确定装置确定的安全限位区以及安全旋转角度控制所述机械手4的启停。控制器3可以设置在远程计算机上。

在本公开的其他示例实施方式中，医生无需在影像上进行规划，直接在操作界面上按移动按钮(按钮可控制机器人沿X+、X-、Y+、Y-、RX+、RX-、RY+、RY-、RZ+、RZ-等方向移动和旋转)，机器人沿特定方向持续移动，与此同时线程threadMonitor持续触发安全模块，判断机器人是否到达安全边界，如果没有，则允许继续移动，如果到了，立即锁定机器人，停止移动，通常在到达安全边界前，骨骼就会复原到位，医生观察到后松开按钮主动停止机器人的移动即可。

在机器人执行复位的过程中，影像会按一定的频率进行刷新，医生可以观察到实时的复位效果。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、移动终端、或者网络设备等)执行根据本公开实施方式的方法。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (9)

1.一种安全限位区的确定方法，其特征在于，包括：

获取从第一方向拍摄的肢体的第一图像，所述第一图像包括第一有效区域和第二有效区域，所述第一有效区域能够匹配于所述第二有效区域，所述第一有效区域为一块骨头骨折形成两块骨头中的其中一块的图像，所述第二有效区域为另一块骨头的图像；

获取从第二方向拍摄的所述肢体的第二图像，所述第二图像包括与所述第一有效区域对应的第三有效区域和与所述第二有效区域对应的第四有效区域，所述第三有效区域能够匹配于所述第四有效区域，所述第二方向与所述第一方向相互垂直，所述第三有效区域为一块骨头骨折形成两块骨头中的其中一块的图像，所述第四有效区域为另一块骨头的图像；

根据所述第一有效区域、第二有效区域、第三有效区域和所述第四有效区域获取安全限位区以及安全旋转角度；

根据所述第一有效区域、第二有效区域、第三有效区域和所述第四有效区域获取安全限位区，包括：

建立以机械手与所述肢体接触点为坐标原点的三维直角坐标系；

在所述第一有效区域上获取与所述第二有效区域匹配的第一匹配曲线，以及在所述第二有效区域上获取与所述第一有效区域匹配的第二匹配曲线；

在所述第一匹配曲线上获取多个第一匹配点，在所述第二匹配曲线上获取多个第二匹配点，所述多个第一匹配点与所述多个第二匹配点是一一匹配的；

在所述第三有效区域上获取与所述第四有效区域匹配的第三匹配曲线，以及在所述第四有效区域上获取与所述第三有效区域匹配的第四匹配曲线；

在所述第三匹配曲线上获取多个第三匹配点，在所述第四匹配曲线上获取多个第四匹配点，所述多个第三匹配点与所述多个第四匹配点是一一匹配的；

根据多个第一匹配点与多个第二匹配点，以及多个第三匹配点与多个第四匹配点获取安全限位区。

2.根据权利要求1所述的安全限位区的确定方法，其特征在于，根据多个第一匹配点与多个第二匹配点，以及多个第三匹配点与多个第四匹配点获取安全限位区，包括：

计算各个所述第一匹配点与对应的各个所述第二匹配点在第一轴向上的第一直线距离，计算多个第一直线距离的第一平均值；

计算各个所述第一匹配点与对应的各个所述第二匹配点在第二轴向上的第二直线距离，计算多个第二直线距离的第二平均值；

计算各个所述第三匹配点与对应的各个所述第四匹配点在第二轴向上的第三直线距离，计算多个第三直线距离的第三平均值；

计算各个所述第三匹配点与对应的各个所述第四匹配点在第三轴向上的第四直线距离，计算多个第四直线距离的第四平均值；

确定安全限位区为以所述坐标原点为中心点的长方体，所述长方体的长边与第一轴向平行，且所述长方体的长度值大于等于第一平均值，所述长方体的宽边与第二轴向平行，且所述长方体的宽度值大于等于第二平均值或第三平均值，所述长方体的高边与第三轴向平行，且所述长方体的高度值大于等于第四平均值。

3.根据权利要求2所述的安全限位区的确定方法，其特征在于，所述第二平均值大于所述第三平均值，所述长方体的宽度值大于等于第二平均值。

4.根据权利要求3所述的安全限位区的确定方法，其特征在于，所述长方体的长度值比第一平均值大2-3mm，所述长方体的宽度值比第二平均值大2-3mm，所述长方体的高度值比第四平均值大2-3mm。

5.根据权利要求2所述的安全限位区的确定方法，其特征在于，根据所述第一有效区域、第二有效区域、第三有效区域和所述第四有效区域获取安全旋转角度，包括：

在所述第一有效区域上获取与所述第一匹配曲线连接的第一边界线段相对于第一轴向的第一倾斜角度；

在所述第二有效区域上获取与所述第二匹配曲线连接的第二边界线段相对于第一轴向的第二倾斜角度，所述第一边界线段与所述第二边界线段能够匹配为一条线段；

在所述第三有效区域上获取与所述第三匹配曲线连接的第三边界线段相对于第三轴向的第三倾斜角度；

在所述第四有效区域上获取与所述第四匹配曲线连接的第四边界线段相对于第三轴向的第四倾斜角度，所述第三边界线段与所述第四边界线段能够匹配为一条线段；

确定所述第一倾斜角度与所述第二倾斜角度差值的绝对值等于或小于相对于所述第三轴向的安全旋转角度，所述第三倾斜角度与所述第四倾斜角度差值的绝对值等于或小于相对于所述第一轴向的安全旋转角度。

6.根据权利要求5所述的安全限位区的确定方法，其特征在于，相对于所述第三轴向的所述安全旋转角度为所述第一倾斜角度与所述第二倾斜角度差值的绝对值的105％-110％，相对于所述第一轴向的所述安全旋转角度为所述第三倾斜角度与所述第四倾斜角度差值的绝对值105％-110％。

7.一种复位方法，其特征在于，包括：

获取复位起始点和复位终结点；

确定复位方向和复位距离，所述复位方向为从复位起始点指向复位终结点的方向，所述复位距离为所述复位起始点与所述复位终结点之间的直线距离；

获取复位方向与第一轴向的夹角，并根据所述夹角获得在各个坐标轴上的复位平移量；

获取复位旋转角，按照所述复位平移量和所述复位旋转角进行复位；

获取实时位移量和实时旋转角度，判断所述实时位移量是否在权利要求1～6任意一项所述的安全限位区的确定方法确定的安全限位区内，并判断所述实时旋转角度是否在权利要求1～6任意一项所述的安全限位区的确定方法确定的安全旋转角度范围内；

若所述实时位移量超过所述安全限位区，或所述实时旋转角超过所述安全旋转角度范围，停止复位操作。

8.一种安全限位区的确定装置，其特征在于，包括：

第一获取单元，用于获取从第一方向拍摄的肢体的第一图像，所述第一图像包括第一有效区域和第二有效区域，所述第一有效区域能够匹配于所述第二有效区域，所述第一有效区域为一块骨头骨折形成两块骨头中的其中一块的图像，所述第二有效区域为另一块骨头的图像；

第二获取单元，用于获取从第二方向拍摄的所述肢体的第二图像，所述第二图像包括与所述第一有效区域对应的第三有效区域和与所述第二有效区域对应的第四有效区域，所述第三有效区域能够匹配于所述第四有效区域所述第二方向与所述第一方向相互垂直，所述第三有效区域为一块骨头骨折形成两块骨头中的其中一块的图像，所述第四有效区域为另一块骨头的图像；

确定单元，根据所述第一有效区域、第二有效区域、第三有效区域和所述第四有效区域获取安全限位区以及安全旋转角度；

根据所述第一有效区域、第二有效区域、第三有效区域和所述第四有效区域获取安全限位区，包括：

建立以机械手与所述肢体接触点为坐标原点的三维直角坐标系；

在所述第一有效区域上获取与所述第二有效区域匹配的第一匹配曲线，以及在所述第二有效区域上获取与所述第一有效区域匹配的第二匹配曲线；

在所述第一匹配曲线上获取多个第一匹配点，在所述第二匹配曲线上获取多个第二匹配点，所述多个第一匹配点与所述多个第二匹配点是一一匹配的；

在所述第三有效区域上获取与所述第四有效区域匹配的第三匹配曲线，以及在所述第四有效区域上获取与所述第三有效区域匹配的第四匹配曲线；

在所述第三匹配曲线上获取多个第三匹配点，在所述第四匹配曲线上获取多个第四匹配点，所述多个第三匹配点与所述多个第四匹配点是一一匹配的；

根据多个第一匹配点与多个第二匹配点，以及多个第三匹配点与多个第四匹配点获取安全限位区。

9.一种医用机器人，其特征在于，包括：

机械手；

权利要求8所述的安全限位区的确定装置；

旋转传感器，用于测量所述机械手的实时旋转角度；

控制器，其输入端电连接于所述旋转传感器的输出端，其输出端电连接于所述机械手的控制端，用于根据所述旋转传感器的测量值以及所述确定装置确定的安全限位区以及安全旋转角度控制所述机械手的启停。

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