CN111772727B - 一种截骨锯片防抖动的控制方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锯片防抖动的控制方法、装置、存储介质和处理器。其中，该方法包括：获取锯片末端的坐标信息；将锯片末端的坐标信息与校准图形建立联系，其中，校准图形是带有基准线的图形，在锯片末端与目标切割面重叠的情况下，锯片末端的坐标信息在屏幕中所对应的指示标志指示在校准图形的基准线位置处，指示标志在校准图形中反馈锯片末端的坐标信息；根据锯片末端坐标信息所对应的指示标志与校准图形的基准线位置的变化来调整锯片的位置使其保持在基准线的预定范围内移动。通过本发明解决了现有技术中协作机械臂特性导致的锯片难以实时保证切割位置精度的技术问题。

Description

一种截骨锯片防抖动的控制方法和***

技术领域

本发明涉及计算机辅助手术技术领域，具体而言，涉及一种截骨锯片防抖动的控制方法和***、存储介质和处理器。

背景技术

目前，随着计算机技术的发展，由计算机辅助的外科手术***也在迅速发展，在该类***中，为便于移动等操作，通常设置协作机械臂。协作机械臂的远端通常会搭载末端执行器，末端执行器的远端根据不同的场景需要，会搭载不同的医用器械，例如：锯、钻、铣刀等(在本文中，以“近端”表示相对而言更靠近机械臂操作者、更远离患者的一端，以“远端”表示相对而言更远离机械臂操作者、更靠近患者的一端)。通过协作机械臂-末端执行器-医用器械三者之间的机械连接机构和控制操作，实现对目标的切割、钻、研磨等动作，以电锯为例，截骨电锯的锯片是末端执行器较常搭载的医用器械之一，电锯可以较为高效的对目标进行切割，适用于例如全膝关节置换手术等，为了保证操作的精准，锯片的最远端(也可称为前端或末端)位置的精准定位切割是非常重要的；所以在截骨手术这种场景中要求截骨锯片需要保持在特定的待切割的截骨平面内来进行切割，而这种特定的截骨手术场景下通常会存在以下两个问题：

1、协作机械臂与其他类型机械臂的主要区别就是在操作使用协作机械臂时，需要通过人手扶机械臂，直接对机械臂进行推、拉、提、压等操作动作。这种半人工操作势必导致在截骨的时候截骨锯片会偏移待切割的截骨平面。

2、当用于骨科手术操作的特定场景时，由于截骨锯片通常具有较小的尺寸，且切割时协作机械臂本身需要保障一定的活动空间和自由度，无法做成刚性的，电锯锯片在手术过程中一直处于高速摆动状态(锯片的摆动速度高达8800次/分钟)，所以当进行骨科手术时，切割的锯片难以实时保证切割位置的精度。

针对现有技术无法中针对协作机械臂特性导致的截骨锯片难以实时保证切割位置精度的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种锯片防抖动的控制方法和***、存储介质和处理器，以解决现有技术中协作机械臂特性导致的锯片难以实时保证切割位置精度的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种锯片防抖动的控制方法，包括：获取锯片末端的坐标信息；将所述锯片末端的坐标信息与校准图形建立联系，其中，所述校准图形是带有基准线的图形，在锯片末端与目标切割面重叠的情况下，所述锯片末端的坐标信息在屏幕中所对应的指示标志指示在所述校准图形的基准线位置处，所述指示标志在所述校准图形中反馈所述锯片末端的坐标信息；根据所述锯片末端坐标信息所对应的指示标志与所述校准图形的基准线位置的变化来调整所述锯片的位置使其保持在基准线的预定范围内移动。

进一步地，获取所述锯片末端的坐标信息包括：在所述锯片的末端靠近所述目标切割面并到达预定对准位置的情况下，获取末端执行器的本体定位架与所述锯片的末端定位架之间的坐标系位置关系，其中，所述锯片安装在末端执行器上；根据所述坐标系位置关系和所述本体定位架的位姿信息实时获取所述锯片的位姿信息；通过当前所述锯片的位姿信息得到当前所述锯片末端的坐标信息。

进一步地，根据所述锯片末端坐标信息所对应的指示标志与所述校准图形的基准线位置的变化来调整所述锯片的位置包括：使所述指示标志在所述校准图形中的移动方向与所述锯片末端在待切割目标上时的坐标信息距离目标切割面的方位相对应。

进一步地，使所述指示标志在所述校准图形中的移动方向与所述锯片末端在所述待切割目标上时的坐标信息距离目标切割面的方位相对应包括：控制所述指示标志在所述校准图形中以所述目标切割面为基准的正反两个方向进行移动，其中，所述移动方向分别为位于所述校准图形基准线的上部和下部两个方向。

进一步地，控制所述指示标志在所述校准图形中以目标切割面为基准的正反两个方向进行移动之后包括；当所述指示标志指示在所述校准图形中的上部的情况下，控制所述锯片的实际切割的位置距离所述目标切割平面的位置在靠近患者骨骼边缘的位置；当所述指示标志指示在所述校准图形中的下部的情况下，控制所述锯片的实际切割的位置距离所述目标切割平面的位置在远离患者骨骼边缘的位置。

进一步地，获取所述锯片末端的坐标信息之前包括：通过确定所述末端定位架的位置与所述目标切割面之间的位置关系控制所述机械臂装置进行运动，其中，所述末端执行器安装在所述机械臂装置上；判断所述末端定位架与所述目标切割面的距离是否超出阈值范围，如果超出所述阈值范围，则更新所述末端定位架的位置与所述目标切割面之间的位置关系，继续控制所述机械臂装置进行运动，直至在所述锯片的末端靠近所述目标切割面并到达预定对准位置的情况下，则停止判断。

进一步地，根据所述锯片末端坐标信息所对应的指示标志与所述校准图形的基准线位置的变化来调整所述锯片的位置包括：当所述机械臂装置上的法兰上的定位架或目标参考架在截骨时被遮挡的情况下，则改变所述校准图形的颜色进行提示。

进一步地，根据所述锯片末端坐标信息所对应的指示标志与所述校准图形的基准线位置的变化来调整所述锯片的位置使其保持在基准线的预定范围内移动包括：将所述校准图形预设为五个不同的颜色区域，其中，每个颜色区域与不同大小的预定范围相对应；控制所述锯片末端坐标所对应的指示标志使其保持在所述基准线周围小的预定范围内移动。

进一步地，将所述锯片末端的坐标信息与所述校准图形建立联系包括：预设所述指示标志在所述校准图形中移动的单位距离与所述锯片末端的实际变化的坐标信息相对应。

进一步地，所述指示标志是在所述校准图形中能够通过明暗变化指示不同位置的矩形条，和/或所述指示标志是所述锯片对应的三维图形，和/或所述指示标志是所述锯片对应的二维图形。

进一步地，获取所述锯片末端的坐标信息之后还包括：通过第一指示框显示所述锯片所在平面与所述目标切割平面的实际角度。

进一步地，获取锯片末端的坐标信息之后还包括：通过第二指示框显示所述锯片末端与所述目标切割平面相比的坐标信息实际变化的数据。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种锯片防抖动的控制***，包括：

获取单元，用于获取锯片末端的坐标信息；处理单元，用于将所述锯片末端的坐标信息与校准图形建立联系，其中，所述校准图形是带有基准线的图形，在锯片末端与目标切割面重叠的情况下，所述锯片末端的坐标信息在屏幕中所对应的指示标志指示在所述校准图形的基准线位置处，所述指示标志在所述校准图形中反馈所述锯片末端的坐标信息；第一控制单元，用于根据所述锯片末端坐标信息所对应的指示标志与所述校准图形的基准线位置的变化来调整所述锯片的位置使其保持在基准线的预定范围内移动。

进一步地，所述获取单元包括：第一获取模块，用于在所述锯片的末端靠近所述目标切割面并到达预定对准位置的情况下，获取末端执行器的本体定位架与所述锯片的末端定位架之间的坐标系位置关系，其中，所述锯片安装在末端执行器上；第二获取模块，用于根据所述坐标系位置关系和所述本体定位架的位姿信息实时获取所述锯片的位姿信息；第三获取模块，用于通过当前所述锯片的位姿信息得到当前所述锯片末端的坐标信息。

进一步地，所述第一控制单元包括：方向控制模块，用于使所述指示标志在所述校准图形中的移动方向与所述锯片末端在所述待切割目标上时的坐标信息距离所述目标切割面的方位相对应。

进一步地，所述方向控制模块包括：第一控制模块，用于控制所述指示标志在所述校准图形中以所述目标切割面为基准的正反两个方向进行移动，其中，所述移动方向分别为位于所述校准图形基准线的上部和下部两个方向。

进一步地，所述方向控制模块还包括；第二控制模块，用于当所述指示标志指示在所述校准图形中的上部的情况下，控制所述锯片的实际切割的位置距离所述目标切割平面的位置在靠近患者骨骼边缘的位置；第三控制模块，用于当所述指示标志指示在所述校准图形中的下部的情况下，控制所述锯片的实际切割的位置距离所述目标切割平面的位置在远离患者骨骼边缘的位置。

进一步地，所述***还包括：第二控制单元，用于通过确定所述末端定位架的位置与所述目标切割面之间的位置关系控制所述机械臂装置进行运动，其中，所述末端执行器安装在所述机械臂装置上；判断控制单元，用于判断所述末端定位架与所述目标切割面的距离是否超出阈值范围，如果超出所述阈值范围，则更新所述末端定位架的位置与所述目标切割面之间的位置关系，继续控制所述机械臂装置进行运动，直至在所述锯片的末端靠近所述目标切割面并到达预定对准位置的情况下，则停止判断。

进一步地，所述第一控制单元还包括：提示模块，用于当所述机械臂装置上的法兰上的定位架或目标参考架在截骨时被遮挡的情况下，则改变所述校准图形的颜色进行提示。

进一步地，所述第一控制单元还包括：第一预设模块，用于将所述校准图形预设为五个不同的颜色区域，其中，每个颜色区域与不同大小的预定范围相对应；第四控制模块，用于控制所述锯片末端坐标所对应的指示标志使其保持在所述基准线周围小的预定范围内移动。

进一步地，所述处理单元包括：第二预设模块，用于预设所述指示标志在所述校准图形中移动的单位距离与所述锯片末端的实际变化的坐标信息相对应。

进一步地，所述***还包括：第一显示模块，用于通过第一指示框显示所述锯片所在平面与所述目标切割平面的实际角度。

进一步地，所述***还包括：第二显示模块，用于通过第二指示框显示所述锯片末端与所述目标切割平面相比的坐标信息实际变化的数据。

根据本发明实施例的另一个方面，还提供给了一种存储介质，所述存储介质上保存有程序，所述程序被运行时执行上所述的方法。

根据本发明实施例的另一个方面，还提供给了一种处理器，所述程序被运行时执行上述的方法。

根据本发明实施例，采用了获取锯片末端的坐标信息；将所述锯片末端的坐标信息与校准图形建立联系，其中，所述校准图形是带有基准线的图形，在锯片末端与目标切割面重叠的情况下，所述锯片末端的坐标信息在屏幕中所对应的指示标志指示在所述校准图形的基准线位置处，所述指示标志在所述校准图形中反馈所述锯片末端的坐标信息；根据所述锯片末端坐标信息所对应的指示标志与所述校准图形的基准线位置的变化来调整所述锯片的位置使其保持在基准线的预定范围内移动。通过本发明解决了现有技术中协作机械臂特性导致的锯片难以实时保证切割位置精度的技术问题，使得在医生操作协作机械臂的过程中可以实时对锯片进行微调，从而保证在整个截骨手术切割过程中，锯片均较精准的保持在待截目标平面内进行切割。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种锯片防抖动的控制方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的校准图形示意图；

图3是根据本发明实施例的校准图形示意图；

图4是根据本发明实施例的校准图形示意图；

图5是根据本发明实施例二维指示图形和校准图形的关系示意图；

图6是根据本发明实施例二维指示图形和校准图形的关系示意图；

图7是根据本发明实施例三维指示图形和校准图形的关系示意图；

图8为根据本发明实施例一种协作机械臂装置的结构示意图；

图9是根据本发明实施例主机部分和光学导航装置的结构示意图；

图10是根据本发明实施例的光学定位架的结构示意图；

图11是根据本发明实施例光学导航装置的结构示意图；

图12是根据本发明实施例末端执行器的结构示意图；

图13是根据本发明实施例在末端执行器上安装末端定位架的结构示意图；

图14是根据本发明实施例末端定位架的结构示意图；

图15是根据本发明实施例末端定位架的侧视图；

图16是根据本发明实施例末端定位架的弹珠机构部分的结构示意图；

图17是根据本发明实施例参考架与拟切割平面的位置关系示意图；

图18是根据本发明实施例末端定位架与本体定位架的位置关系示意图；

图19是根据本发明实施例末端执行器与被切割目标的位置关系示意图；

图20是根据本发明实施例的一种锯片防抖动的控制***的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明实施例，提供了一种截骨锯片防抖动的控制方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

下面对下列实施例中出现的名词含义进行说明:

图1是根据本发明实施例的一种截骨锯片防抖动的控制方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S1002，获取截骨锯片末端的坐标信息，该锯片末端的坐标信息是根据锯片末端某个点的位置信息所计算得到的，具体计算方式可以是从锯片末端的横截面上任意点，优选地，当锯片末端的截面是矩形的情况下，矩形的中心点可以作为锯片末端点的位置信息；

步骤S1004，将截骨锯片末端的坐标信息与校准图形建立联系，其中，校准图形是带有基准线的图形，在截骨锯片末端与目标切割面重叠的情况下，截骨锯片末端的坐标信息在屏幕中所对应的指示标志指示在校准图形的基准线位置处，指示标志在校准图形中反馈截骨锯片末端的坐标信息；

校准图形可以清楚的标识正反两个移动方向的任意图形，可以是如图4所示的带有不同彩色方块组成的矩形，也可以是其他形式的图形，如图2、3所示wifi雷达一样的图形和扇形图，这些图形均有中心基准线和以基准线为准的两个方向，校准图形也可以是只有一个基准线只在一个方向上标识医疗工具的运动。该步骤是通过校准图形实时反馈截骨锯片在截骨过程中偏移待截骨平面的微变化。

步骤S1006，根据截骨锯片末端坐标信息所对应的指示标志与校准图形的基准线位置的变化来调整截骨锯片的位置使其保持在基准线的预定范围内移动。，以基准线代表了待截骨的平面，当校准图形中的指示标指示偏移基准线时代表截骨锯片的位置偏移了所要截骨的平面。上述预定范围就是截骨锯片在截骨时允许偏移的误差范围。

上述方法巧妙的利用可视化来保证截骨锯片的偏移待截骨平面处在预定范围内，可以随时根据可视化的观察结果来进行实时控制的微调，即使刀具在一直不停地抖动切割，依然可以保证所要切割位置的准确度，使其保持在待截目标平面内移动，从而解决了现有技术中协作机械臂特性导致的截骨锯片难以实时保证切割位置精度的技术问题。

为了更加实时准确获得上述步骤中截骨锯片末端的坐标信息，首先经过对刀与目标切割面的多次递归校准后，当刀确认对准目标切割面时，NDI记录位于末端执行器的本体定位架与刀片尖端定位架的坐标系关系，并通过该坐标系关系修正末端执行器本体定位架的坐标系，此时使用NDI拍摄的末端执行器本体定位架的空间位姿代表锯片的空间位姿信息，锯片末端的坐标可以用末端执行器本体定位架所在坐标系表示。最后是通过本体定位架的坐标信息得到锯片的坐标信息，通过锯片的坐标信息计算锯片末端点的坐标信息。在一种可选的实施方式中，即，在截骨锯片的末端靠近目标切割面并到达预定对准位置的情况下，获取末端执行器的本体定位架与截骨锯片的末端定位架之间的坐标系位置关系，其中，截骨锯片安装在末端执行器上；根据坐标系位置关系和本体定位架的位姿信息实时获取截骨锯片的位姿信息；通过当前截骨锯片的位姿信息得到当前截骨锯片末端的坐标信息。例如，当实时计算锯片末端点与拟切割平面的距离时，实际是计算锯片所在平面对应的坐标系与拟切割平面所在坐标系的位置关系，而计算位姿角度是计算锯片所在平面和拟切割平面之间的角度，实时计算锯片末端点所在坐标系C_F与拟切割平面所在坐标系C_P之间的位置关系，C_P和C_T的位置关系至始至终都是固定的，可以是重合也可以具有固定的位置关系，根据待切割目标参考架所在坐标系C_T、以及已知的参考架所在坐标系与拟切割平面所在坐标系的位置关系，可确定拟切割平面所在坐标系C_P。通过计算这些位置关系获得截骨锯片末端的坐标信息。

上述指示标在校准图形中移动的方向表示锯片末端在待切割目标上时的坐标信息距离目标切割面的方位。在一种可选的实施方式中，即，首先，根据截骨锯片末端坐标信息所对应的指示标志与校准图形的基准线位置的变化来调整截骨锯片的位置包括；其次，使指示标志在校准图形中的移动方向与锯片末端在待切割目标上时的坐标信息距离目标切割面的方位相对应。

使指示标志在校准图形中的移动方向与锯片末端在待切割目标上时的坐标信息距离目标切割面的方位相对应，在一种可选的实施方式中，控制指示标志在校准图形中以目标切割面为基准的正反两个方向进行移动，其中，移动方向分别为位于校准图形基准线的上部和下部两个方向。

上述步骤通过控制锯片与可视化的校准图形对应，使可视化的校准图形实时反馈锯片与偏移待截骨目标平面的位置关系、方向和距离，并且让校准图形反馈锯片偏移待截骨目标平面的两个方向，避免其他方向上的干扰，能够更好更加直观并实时微调锯片使其保持在待截骨平面上下预定的偏差范围之内，从而更好的保证截骨锯片的手术切割精度。

控制指示标志在校准图形中以目标切割面为基准的正反两个方向进行移动之后，在一种可选的实施方式中，当指示标志指示在校准图形中的上部的情况下，控制截骨锯片的实际切割的位置距离目标切割平面的位置在靠近患者骨骼边缘的位置；当指示标志指示在校准图形中的下部的情况下，控制截骨锯片的实际切割的位置距离目标切割平面的位置在远离患者骨骼边缘的位置。通过该方式可以实时检测到截骨的深浅，避免截骨时误操作导致截骨位置的偏差。当指示标志指示在校准图形中的上部表示，实际切割的位置距离目标切割平面的位置较浅或者在靠近患者骨骼边缘的位置；当指示标志指示在校准图形中的下部表示，实际切割的位置距离目标切割平面的位置较深或者在靠近远离患者骨骼边缘的位置。

在一种可选的实施方式中，获取截骨锯片末端的坐标信息之前包括：通过确定末端定位架的位置与目标切割面之间的位置关系控制机械臂装置进行运动，其中，末端执行器安装在机械臂装置上；判断末端定位架与目标切割面的距离是否超出阈值范围，如果超出阈值范围，则更新末端定位架的位置与目标切割面之间的位置关系，继续控制机械臂装置进行运动，直至在截骨锯片的末端靠近目标切割面并到达预定对准位置的情况下，则停止判断。通过该方式控制协作机械臂的移动到目标位置，此时截骨锯片的末端靠近对准目标切割面，截骨锯片所在的平面也与目标切割面重合，从而为后续的可视化微调做准备，因为可视化微调是实时控制锯片在几乎不到毫米级的范围内移动，所以需要截骨锯片所在平面与目标切割面基本重合，也就是截骨锯片的末端靠近目标切割面并到达预定对准位置。

当机械臂装置上的法兰上的定位架或目标参考架在截骨时被遮挡的情况下会导致锯片末端坐标信息的获取不及时，从而会导致较大偏差，通过可视化实时反馈末端坐标信息的获取是否及时。在一种可选的实施方式中，根据截骨锯片末端坐标信息所对应的指示标志与校准图形的基准线位置的变化来调整截骨锯片的位置包括：当机械臂装置上的法兰上的定位架或目标参考架在截骨时被遮挡的情况下，则改变校准图形的颜色进行提示。

在一种可选的实施方式中，根据截骨锯片末端坐标信息所对应的指示标志与校准图形的基准线位置的变化来调整截骨锯片的位置使其保持在基准线的预定范围内移动包括：将校准图形预设为五个不同的颜色区域，其中，每个颜色区域与不同大小的预定范围相对应；控制截骨锯片末端坐标所对应的指示标志使其保持在基准线周围小的预定范围内移动。优选地，可以预设该校准图形的总量程为5mm，将校准图形的上部至而下部分为5个颜色区域，分别为：红色、黄色、绿色、黄色、红色，每个区域量程为1mm，每种颜色区域再分为5个单位格，每个单位格代表指示标志在校准图形中移动的单位距离，也代表锯片末端的坐标信息实际变化了为0.2mm。其中，绿色区域的第三个单位格代表基准线的位置，绿色区域的第三格同时对应代表真实锯片末端和目标截骨平面的相对关系为偏移±0.1mm，其它格以此类推。绿色区域的第三个单位格(基准线)将校准图形分为两部分，当锯片截骨截浅了时，指示标志向校准图形上方移动；当锯片截骨截深了时，指示标志向校准图形下方移动。当真实截骨锯片和截骨平面的距离超过总量程±2.5mm时，彩虹条显示红色最上一格或红色最下一格。在一种可选的实施方式中，将截骨锯片末端的坐标信息与校准图形建立联系包括：预设指示标志在校准图形中移动的单位距离与锯片末端的实际变化的坐标信息相对应。

在一种可选的实施方式中：指示标志是在校准图形中能够通过明暗变化指示不同位置的矩形条，和/或指示标志是截骨锯片对应的三维图形，和/或指示标志是截骨锯片对应的二维图形。指示标志是在校准图形中能够通过明暗变化指示不同位置的矩形条的情况下，当锯片确认对准目标切割面时，近似于锯片末端点与目标切割面重叠时，将锯片末端的坐标信息，也就是末端执行器本体定位架的坐标信息(位姿信息)发送到主机，主机将该坐标信息与校准图形建立联系，当锯片末端与目标切割面重叠时该坐标信息所对应的矩形条在校准图形的基准线位置处(绿色区域的第三格)变亮，当该坐标信息变化时矩形条在校准图形中的位置做相应变化，矩形条在校准图形中的单位距离代表锯片末端的坐标信息实际变化了0.2mm。该坐标信息的变化表示锯片末端在切割目标上偏离目标切割面的空间距离。上述矩形条也可以是其他形状的指示标记，还可以通过将校准图形中所划分的颜色区域的单位格变明亮的显示来作为指示。

如图7所示，当指示标志是截骨锯片对应的三维指示图形的情况下，三维指示图形代表实际锯片的三维图形的数据，三维指示图形与实际截骨锯片的对应信息可以利用末端执行器上的参考架与导航仪根据锯片末端数据信息类似的获取方式得到。

左侧立体矩形的中间的那一个矩形块代表截骨目标位置。当锯片完全对准拟截骨的平面目标时，在三维视图中，锯片就正对着中间的矩形块。截骨过程中，导航设备实时捕获定位架(末端执行器定位架)的位置和姿态，并在三维视图中同步实时的显示该位置和姿态。具体方法为定位架500代表一个坐标系，立体矩形(拟截骨的目标位置)也代表一个坐标系801，这两个坐标系的位姿关系即为立体矩形和锯片的位姿关系。

三维指示图形靠近校准图形的一端作为指示端，指示端代表锯片的末端；无论三维指示图形如何变化，三维指示图形的指示端始终位于校准图形的预设范围内，比如，预设范围可以是延着指示图案能够指示单位距离的一条边上。当锯片末端与目标切割面重叠时该坐标信息所对应的指示端指示在校准图形的基准线位置处，当该坐标信息变化时指示端在校准图形中的位置做相应变化，指示端在校准图形中移动的单位距离代表锯片末端的坐标信息实际变化了0.2mm。该坐标信息的变化表示锯片末端在切割目标上偏离目标切割面的空间距离。通过三维图形可以实时观测到锯片整体所在平面与待目标的拟切割面的角度变化，便于调整。

如图5和图6所示，指示标志是截骨锯片对应的二维指示图形，该二维指示图形代表实际锯片的二维数据，二维指示图形与实际锯片的对应信息可以利用末端执行器上的参考架与导航仪根据锯片末端数据信息类似的获取方式得到。图7左侧所示的三维矩形块代表目标切割面，该矩形块会被固定在软件界面上，向矩形块的垂直于切割面的背面进行投影，形成二维的矩形条；锯片的中心线也向“背面”平面投影。三维矩形块中心的基准线位置处代表目标切割面，投影后的目标切割面(投影后就变成线了)和右侧的锯片中心线的两条线的角度代表了实际锯片的与目标切割面的角度。

指示图形靠近校准图形的一端作为指示端，指示端代表锯片的末端；无论指示图案如何变化，指示图形的指示端始终位于校准图形的预设范围内，比如，预设范围可以是延着指示图案能够指示单位距离的一条边上。当锯片末端与目标切割面重叠时该坐标信息所对应的指示端指示在校准图形的基准线位置处，当该坐标信息变化时指示端在校准图形中的位置做相应变化，指示端在校准图形中移动的单位距离代表锯片末端的坐标信息实际变化了0.2mm。该坐标信息的变化表示锯片末端在切割目标上偏离目标切割面的空间距离。通过二维图形可以实时观测到锯片整体与目标切割面的角度变化，便于调整。

在一种可选的实施方式中，获取截骨锯片末端的坐标信息之后还包括：通过第一指示框显示截骨锯片所在平面与目标切割平面的实际角度。

在一种可选的实施方式中，获取截骨锯片末端的坐标信息之后还包括：通过第二指示框显示截骨锯片末端与目标切割平面相比的坐标信息实际变化的数据。

该实施例实时建立并追踪目标切割(截骨)面和锯片的关系，通过可视化指导用户进行调整，以取得最好的截骨效果，提高了截骨的成功率，并且显示的参数直观、易懂、学***缓。

下面结合图以一个可选的实施方式对获取截骨锯片末端的坐标信息的过程进行说明：

本申请所称的医用器械，是指能够在医学上使用并辅助医生完成检查或者手术操作的器械性装置，例如可以是全膝关节置换手术中用到的电锯及其锯片，但是不限于此，也可以是钳、钻、铣刀、螺丝刀、扩张器、植入物***器等。

如图8所示为机械臂装置，机械臂装置包括控制柜100，协作机械臂200，末端执行器300，医用器械400，以及安装在末端执行器300本体上的光学定位架500。

在控制柜100中装有控制单元103，控制单元103具有信号的处理能力，可以是，但不限于，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称NP)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等任何具有数据处理和控制能力的芯片或设备。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。

控制单元103可以通过控制柜100的接口部101与***的主机部分(未图示)连接，实现与***主机的通信，控制单元103可以接收来自***主机的控制信号，并转换为控制协作机械臂200运动的操作指令。

协作机械臂200可接收来自控制单元103的指令并根据指令限定的运动方式运动，也可由操作者对协作机械臂施加外部作用力，在操作者的手动控制下进行推、拉、提、压等动作。

控制柜100的顶部端面为基座部102，控制柜100的基座部102与协作机械臂200的基座端201固定连接。协作机械臂200为多轴机械臂，其近端为基座端201，固定安装在控制柜100的基座部102处。协作机械臂200的远端为法兰端202，协作机械臂200可以接收来自控制单元103的指令，使得法兰端202根据指令限定的运动方式完成旋转、平移等动作并移动到指令限定的某一空间位置。

协作机械臂200的法兰端202与末端执行器300固定连接，末端执行器300的末端搭载医用器械400，作为示例，本实施例提供的末端执行器300上搭载的医用器械400为电锯的锯片，锯片由电锯马达驱动，在工作过程中锯片可以保持高速摆动的状态。作为示例，在末端执行器300的本体上，还可安装光学定位架500。

如图9所示为光学导航装置，***还包括主机部分1000，主机部分可以是一台计算机，或者类似具有存储、计算、通信功能的设备。图9中，作为示例，将光学导航装置与***主机1000集成在一台装置上，可以理解的是，二者也可独立设置，或将***主机与图8所示的机械臂装置集成在一起，只要能够确保各个装置之间安全的连接、稳定地通信即可。

光学导航装置600作为示例，可以是双目导航相机，追踪到光学定位架上的追踪标记(通常为各个反光球，但是也不限于此，只要是可以被双目导航相机追踪的标记即可)所在的位置，从而确定光学定位架的空间位姿信息。

在图9所示的实施例中，光学导航装置600固定于悬臂700的一端，悬臂700的另一端固定在立柱800的顶部，立柱800的底部连接至容纳主机1000的厢体部，其中，用于数据传输、通信、及供电的线缆穿设于立柱800、悬臂700、以及厢体部的内腔。悬臂700可升降、可旋转地固定连接于立柱800靠近顶端的位置。

在立柱800的中部偏上部分，还固定安装一显示单元900。显示单元可以是一个液晶显示单元、阴极射线管显示单元、氖光显示单元、真空荧光显示单元、电子移动信息显示单元、气体放电显示单元、等离子体显示单元，或者可以采用发光二极管、电致发光材料、纤维光学技术、激光技术、全息技术、或在显示单元上显示信息的任何其它技术。此外，显示单元可以显示静止的或移动的信息，并且所显示的信息可以是不同的语言。显示单元900的固定位置以便于操作人员观察的高度为佳。

主机部分1000接收来自光学导航装置600的数据，按照本申请所提供的方法步骤，完成对空间关系的计算，并生成运动控制指令，将运动控制指令发送至机械臂装置的控制单元103，控制单元103按照运动控制指令控制协作机械臂200在空间中的运动。

作为光学定位架500的示例，如图10所示，光学定位架500的主体为平板结构，其外轮廓大致为月牙型；沿着主体边缘部位按照一定间隔设置三个或三个以上的反光球用于追踪。作为优选示例，在定位架的主体的边缘部位以大致均匀的间隔设置四个反光球501、502、503、504，每个反光球的表面设置有涂层，涂层能够高效地反射红外光。

作为光学导航装置600的示例，如图11所示，光学导航装置600包括双目相机601、602，在光学导航装置600内部(未图示)还集成有红外光发射器，红外发射器主动向外发射红外光，所发射的红外光照射到定位架500上的4个反光球后，被反光球反射，并被双目相机捕获，通过三角原理，光学导航装置600可以计算得到光学定位架500的空间位姿信息。

作为末端执行器300的示例，如图12所示，末端执行器300包括本体部301，从本体部301向一个方向延伸出法兰接口端302，法兰接口端302与前述协作机械臂200的法兰端202固定连接。

本体部上，在与法兰接口端302相反的另一方向，延伸出定位架端305，其上固定安装光学定位架500；下文称为“本体定位架”，以表示该定位架安装在末端执行器的本体部上，该本体定位架所在的坐标系标记为C_F。

本体部上，在与法兰接口端302的延伸方向大致垂直的方向上，两侧分别延伸出手柄端303、以及输出端304。手柄端303由操作者握持，以便于操作者对协作机械臂直接施力，操控机械臂、末端执行器以及医用器械的移动。输出端304作为医用器械的安装部，作为示例，在输出端304上安装有电锯锯片400，锯片400以可插拔卡扣的方式固定，电锯工作时，由设在末端执行器本体部301内腔的电锯电机(未图示)驱动锯片400按照预定轨迹运动，锯片400在按照预定轨迹运动的过程中，同时还在其片状本体所在水平方向保持一定范围内的高速摆动动作。

为了解决背景技术中及的问题，本申请设计了一种用于锯片末端的定位架6，下文称其为末端定位架6，图13中示出了末端定位架6与末端执行器300的位置关系，可以看出，图13中，在末端执行器300的定位架端305固定安装有本体定位架500，该定位架所代表的坐标系为C_F，在末端执行器300的输出端304固定安装有锯片400，在锯片400的末端或靠近末端的部位安装末端定位架6，该定位架所代表的坐标系为C_V。

作为示例，图14、图15示出了末端定位架6的详细结构，其中图7是末端定位架的正面视图，图15是末端定位架的侧面视图，末端定位架6是根据医用器械的末端特点(通常具有较小的体积)设计，末端定位架包括定位架本体61，卡槽62、锁紧机构63、和多个反光球7。其中，通过卡槽62和锁紧机构63，可以容易地将末端定位架本体与医用器械的末端二者卡装固定，光学导航装置能够跟踪多个反光球7的位置，以用于建立末端定位架的坐标系C_V。

定位架本体61为扁平状，其整体呈具有圆弧边的大致倒三角形；卡槽62和锁紧机构63均位于定位架本体61的一侧面上，多个反光球7均位于定位架本体61的另一侧面上，反光球的个数可以设置为3～5个，作为示例，本实施例设置为3个反光球，分别设置在大致三角形的定位架本体61的三个顶点的位置附近。

卡槽62形成为具有两个侧壁的长槽，锁紧机构63设置在形成卡槽62的一侧壁上，形成卡槽62的另一侧壁为精密加工且有较高硬度的平面，作为定位用基准面。卡槽62用于锯片400的***，锁紧机构63用于在锯片400***后将其抵接固定至定位用基准面，进而将锯片400卡装固定在卡槽62内。设置在卡槽一侧壁上锁紧机构，可以提供锁紧卡入槽中的锯片所需的必要的压力，并将卡入槽中的锯片抵接至卡槽的另一侧壁，由另一侧壁的加工精度保证定位精度，以便于准确计算锯片的所在位置。

锯片400靠近末端执行器的一端设有锯片限位块401，在将锯片400***末端定位架6的卡槽62时，锯片限位块401提供限位功能，以限制二者沿锯片长度方向的相对位置。

锁紧机构63包括弹珠机构631，用于提供将锯片400抵接固定至定位用基准面的弹力；弹珠机构631的数量可以为一个或多个，较佳地，将弹珠机构设置为两个。在锯片400没有***卡槽中时，弹珠机构可以缩回至卡槽侧壁内，在锯片400***卡槽时，弹珠机构从侧壁伸出并以较大压力抵接在锯片上，实现对锯片的固定。

如图16所示，提供了作为一个实施例的弹珠机构631的结构示意图，弹珠机构631包括容纳筒6311，弹簧6312和弹珠6313；卡槽62的设置锁紧机构的侧壁部设有通孔，容纳筒6311固定在通孔内；弹簧6312的一端固定在容纳筒6311的底部，弹簧6312的另一端与弹珠6313连接。通过弹簧和弹珠连接的方式，可提供较大的压力用于卡接锯片。容纳筒6311靠近弹珠6313的一端设有弹珠限位块63111。弹珠限位块63111可限制弹珠6313在容纳筒6311中的位置，防止弹珠6313在弹簧的弹力作用下离开容纳筒6311。

在未***锯片400时，弹簧6312在容纳筒6311中呈压缩状态，弹簧6312的弹力可以使弹珠6313压向通孔所在侧面的相对侧面，即定位用基准面，弹珠限位块63111限制弹珠6313不脱离容纳筒6311。在将末端定位架卡装至锯片400时，将末端定位架的卡槽62对准锯片400，并将锯片400***卡槽62内，在锯片400***卡槽62内的过程中，由于弹力的作用，弹簧6312会向容纳筒内压缩，从而在卡槽62中留出缝隙，使锯片400***卡槽62，在确定锯片400卡装到位(即长度方向上锯片400抵接锯片限位块401，深度方向上锯片400抵接卡槽62的长槽底面)后，通过弹簧6312、以及弹珠6313的共同作用，将锯片400紧紧地抵压在卡槽62的定位用基准面上。

在末端定位架本体61的另一侧面设有3-5个反光球7，如图15所示，其中在末端定位架本体61的顶角部，设置有末端反光球71，在将末端定位架6卡装至锯片400后，末端反光球71的位置靠近锯片400的末端部位，锯片400的中心纵向轴线的延长线经过末端反光球71的球心，采用这种反光球71的位置设置，使得可以通过使用光学导航装置追踪单独的末端反光球71之位置，辅助提供锯片400末端部位精准定位，提高了定位的精准度。

通过以上设置，一方面，末端定位架6具有较小的适合于安装在锯片的尺寸，另一方面，以精密的加工和位置布局保证其安装在锯片时能精准确定锯片末端位置。更重要的是，末端定位架6使用非常方便，便于拆装，在需要用到末端定位架6时，由于弹珠机构631的设置，可以容易地将锯片400卡装至末端定位架6的卡槽62中；卡装到位后，光学导航装置600即可通过跟踪末端定位架6上的多个反光球，确定末端定位架6所在的坐标系的位置，进而精准确定锯片400的末端位置。在不使用末端定位架6时，也可以容易地将末端定位架6从锯片400上抽离。

关于如何利用末端定位架6定位并确定锯片400的末端位置的方法步骤，在下文中将详细予以阐述。

将末端定位架6上的多个反光球所在的坐标系定义为C_V，由于形成卡槽62的定位基准面和该坐标系的相对位置关系是已知的。使用的时候，将锯片400卡装在末端定位架的卡槽62中，锯片400的中心平面和末端定位架的坐标系C_V的一个坐标平面重合，这样，末端定位架6卡装到位后，末端定位架6上的反光球的坐标系所在位置即可准确表达锯片400平面所在位置,光学导航装置600通过跟踪该末端定位架上的多个反光球的位置信息，即可确定末端定位架所在坐标系的位置，并精确确定锯片平面也即锯片末端点所在的位置信息。

如图17所示，***内还设有参考架(结构未图示)，参考架固定安装在被切割目标物体的表面，也称为目标参考架，目标参考架与目标物体之间形成刚性连接，设参考架所在坐标系为C_T。通过光学导航装置扫描目标物体完成配准，通过扫描参考架，可以获得参考架所在坐标系与被切割目标物体二者的空间相对位置。

如图19所示，在主机中设定被切割目标物体的拟切割平面，设拟切割平面所在坐标系为C_P。由于拟切割平面在被切割目标物体的相对位置是已知的，且被切割目标物体与参考架的相对位置已知，故可确定参考架所在坐标系C_T和拟切割平面所在坐标系C_P的空间相对位置关系[RT]_TP，其中C_T＝[RT]_TP C_P，[RT]_TP表示“旋转平移矩阵”。假设参考架所在坐标系C_T先绕Z轴旋转Ψ°，再绕Y轴旋转θ°，最后绕Z轴旋转Φ°，然后沿X轴平移a，Y轴平移b，Z轴平移z，这样就能得到唯一确定的一个“旋转平移矩阵”C_T。

如图18所示，设末端定位架6所在坐标系为C_V，本体定位架500所在坐标系为C_F。C_V和C_F的相对位置关系为[RT]_FV，在同时安装末端定位架6与本体定位架500时，二者的相对位置关系[RT]_FV可以通过从光学导航装置600中读取二者的追踪信息计算获得。

采用本申请所提供的精度定位装置对医用器械的末端进行实时、精准定位的方法，至少包括两个阶段，为表述方便，分别为预定位阶段和导航定位阶段。在描述方法步骤时，所使用的“初始位置”是指：协作机械臂已经经历了大范围的移动并已较为靠近拟切割目标物体，但是仍与目标物体保持一定距离，该距离至少应保证提供拆装前述末端定位架6的足够的空间。可以理解，初始位置可以是靠近拟切割目标物体，且与目标物体保持一定距离的任意位置。

一、预定位阶段

预定位阶段包括如下步骤：

步骤一，组装医用器械并靠近初始位置。在该步骤中，将末端执行器300安装在协作机械臂200的末端法兰202处，锯片400安装在末端执行器300的锯片端，末端执行器300上还设有本体定位架500，以人手拖动或机器指令控制的方式移动协作机械臂200，使得锯片400靠近被切割目标的位置即到达初始位置。

步骤二，安装末端定位架。在该步骤中，将前述的末端定位架6卡装至锯片400上，确保锯片400卡装到位至末端定位架6的卡槽62中，长度方向上，锯片400的一端应抵接锯片限位块401，深度方向上，锯片400应抵接卡槽62的长槽底面。

本领域技术人员可以理解，也可先将末端定位架6卡装在锯片400上，再移动协作机械臂200使得锯片400靠近被切割目标的位置，即初始位置。即步骤S101和步骤S102是可以更换步骤顺序的。

步骤三，对末端定位架追踪定位。在该步骤中，光学导航装置追踪末端定位架6上的多个反光球的位置，并计算获得末端定位架6所在坐标系的位置信息。

步骤四，计算末端定位架与拟切割平面的位置关系。在该步骤中，主机部分对光学导航装置获取的位置信息进行处理，计算获得末端定位架所在坐标系与拟切割平面所在坐标系之间的位置关系。

具体而言，光学导航装置可以同时观察到锯片末端定位架6和目标参考架，如前所述，末端定位架所在坐标系为C_V，目标参考架所在坐标系为C_T，二者的相对位置关系[RT]_VT可以基于光学导航装置中获取的二者的位姿信息计算获得。

设末端定位架6所在坐标系C_V和拟切割平面所在坐标系C_P二者之间的位置关系为[RT]_VP，则[RT]_VP可以通过如下计算方法获得：

∵C_V＝[RT]_VP C_P

∴[RT]_VP＝C_V C_P ^-1

∵C_T＝[RT]_TP C_P

∴[RT]_TP ^-1C_T＝C_P

∴[RT]_VP＝C_V([RT]_TP ^-1C_T)^-1

也就是说，可以根据末端定位架6所在坐标系C_V、参考架所在坐标系C_T、以及已知的参考架与拟切割平面的位置关系，得到末端定位架6所在坐标系C_V和拟切割平面所在坐标系C_P的位置关系[RT]_VP。

步骤五，生成控制指令、并发送至控制单元。在该步骤中，根据步骤104计算获得的[RT]_VP，生成用于控制机械臂的运动路线的控制指令，并发送至控制单元。

步骤六，控制机械臂按照指令运动。该步骤中，机械臂按照指令移动。

在理想状态下，在步骤六中，协作机械臂按照指令完成运动后，末端定位架6所在坐标系C_V和拟切割平面所在坐标系C_P可以完全重合，此时，[RT]_VP为单位四阶矩阵E，锯片末端精确对准拟切割平面所在位置。

然而由于机械臂控制***设计等导致的误差原因，机械臂200实际上难以精准地按照指令规划的路线运动，故在步骤六后，医用器械的末端位置通常并未精准地到达拟切割平面的位置，因此，还包括如下步骤：

步骤七，更新末端定位架6的追踪位置信息。在该步骤中，当机械臂200按照步骤六中的控制指令完成运动后，光学导航装置继续追踪末端定位架6上的多个反光球的位置，并计算获得末端定位架6所在坐标系的位置信息，获得更新后的位置信息。

步骤八，更新计算末端定位架与拟切割平面的位置关系。在该步骤中，以更新的末端定位架6的追踪位置信息，计算更新当前的末端定位架6所在坐标系C_V和拟切割平面所在坐标系C_P的新的位置关系[RT]_VP′；

步骤九，判断末端定位架与拟切割平面的位置关系是否超出阈值。在该步骤中，计算新的位置关系[RT]_VP′和单位四阶矩阵E的差值，并将二者的差值与预先设定的阈值进行比较，判断差值是否超出阈值范围。

如果步骤九判断的结果是差值超出阈值范围，如图所示，则返回执行步骤五，生成控制指令、并发送至控制单元。不同的是，在本次步骤五中，根据步骤八计算获得的[RT]_VP′，生成用于控制机械臂的运动路线的控制指令，并发送至控制单元。步骤S106，控制机械臂按照指令完成运动。运动之后，继续执行步骤七至步骤九.

步骤十，如果步骤九判断的结果是差值小于阈值范围，则***认为医用器械末端运动到位，生成停止运动的指令并发送，结束预定位阶段，准备进入导航定位阶段。

以此方法，一方面，通过追踪末端定位架的位置，能够实现对锯片末端位置的更精准地定位；另一方面，根据所追踪的锯片末端和目标切割平面所在坐标系的位置关系，生成控制机械臂运动的指令以控制机械臂完成运动，能够使得机械臂移动至接近理想目标位置；再者，在每次机械臂运动后，更新监测锯片末端的位置和与目标切割平面的位置关系，如果机械臂未运动到理想目标位置、或者运动误差较大，则控制机械臂再次运动，该过程是一个收敛的过程，以此方式重复，可以以逐次逼近的方式接近理想目标位置，实现预定位阶段结束时的精准对准。

为了完成以上步骤，本申请将主机和控制***设计为提供如下单元：

定位架信息读取单元，包括读取末端定位架信息的单元，以及读取参考架信息的单元，分别用于从光学导航装置中读取末端定位架6所在坐标系C_V，以及参考架所在坐标系C_T；

位置关系计算单元，基于末端定位架6所在坐标系C_V、参考架所在坐标系C_T，计算末端定位架所在坐标系C_V与拟切割平面所在坐标系C_P之间的位置关系[RT]_VP；

指令生成单元，基于位置关系计算单元计算的位置关系，生成控制指令并发送用于控制机械臂的运动；

位置关系更新单元，用于在机械臂移动[RT]_VP后更新计算末端定位架所在坐标系C_V与拟切割平面所在坐标系C_P之间的位置关系[RT]_VP′；

判断单元，用于判断[RT]_VP′是否小于预定阈值，如果大于预定阈值，则根据位置关系更新单元更新计算的位置关系[RT]_VP′生成控制指令并发送用于控制机械臂的运动，如果小于预定阈值，则生成停止运动的指令。

二、导航定位阶段

完成预定位后，***开始进入导航定位阶段。

导航定位阶段包括如下步骤：

步骤a，计算并存储本体定位架所在坐标系与末端定位架所在坐标系之间的位置关系。在完成预定位阶段后，根据由光学导航装置600追踪获得的本体定位架500所在坐标系C_F，以及末端定位架6所在坐标系C_V的位置信息，计算C_V和C_F的相对位置关系为[RT]_FV，并将[RT]_FV作为第一校准参数存储。

步骤b，根据第一校准参数计算本体定位架所在坐标系与拟切割平面所在坐标系之间的位置关系。其中，按照如下公式计算本体定位架500所在坐标系C_F与拟切割平面所在坐标系C_P之间的关系[RT]_FP，并将[RT]_FP作为第二校准参数存储：

∵[RT]_FP＝[RT]_FV[RT]_VP

∵[RT]_VP＝C_V([RT]_TP ^-1C_T)^-1

∴[RT]_FP＝[RT]_FV C_V([RT]_TP ^-1C_T)^-1

步骤c，拆除锯片末端卡装的末端定位架6。

步骤d，设定阻挡力参数。在该步骤中，设定协作机械臂200在运动过程中的阻挡力参数，其中，将与锯片400所在平面相同的平面方向中的阻挡力设置为0，将与锯片400所在平面相垂直的方向的阻挡力设置为F＝kx，其中阻挡力系数k为4000-6000N/mm，优选为5000N/mm，x为移动距离，F为阻挡力，通过阻挡力的设置，保证锯片400所在平面的垂直方向上，需要施加较大的力才可使其移动，从而对协作机械臂200的运动范围限制控制在一个待切割平面内移动，可以防止锯片抖动或误操作导致离开目标平面所产生的误差。

步骤e，控制锯片按预定轨迹运动及实时追踪步骤。在该步骤中，

主机部分发出指令，使协作机械臂200带动锯片400按照预定轨迹进行运动，在锯片的运动过程中，光学导航装置600实时跟踪读取本体定位架500所在坐标系的位置信息，并根据第二校准参数[RT]_FP计算获得锯片400末端的实时位置。

步骤f，实时计算锯片末端点所在坐标系与拟切割平面所在坐标系之间的位置关系。根据待切割目标参考架所在坐标系C_T、以及已知的参考架所在坐标系与拟切割平面所在坐标系的位置关系，可确定拟切割平面所在坐标系C_P，即可实时计算锯片400末端的平面位置与拟切割平面所在坐标系C_P之间的位置关系。

步骤g，判断锯片末端与拟切割平面之间的距离是否偏离预定范围并报警。在该步骤中，如判断锯片末端与拟切割平面之间的距离偏离超出预定范围，则以声音、颜色显示等各种方式发出报警，提示操作者进行干预调整，或***自动作出响应调整，直到完成在拟切割平面内的全部切割操作。

为了完成以上步骤，本申请将主机和控制***设计为还提供如下单元：

本体定位架信息读取单元，用于从光学导航装置中读取本体定位架500所在坐标系的位置信息；

校准参数计算单元，基于末端定位架6所在坐标系C_V、本体定位架500所在坐标系C_F，计算二者的位置关系[RT]_FV；

位置关系计算单元，基于本体定位架500所在坐标系的位置信息、参考架所在坐标系C_T的位置信息，校准参数[RT]_FV、以及已知的参考架所在坐标系与拟切割面所在坐标系之间的位置关系，计算获得本体定位架500所在坐标系C_F与拟切割平面所在坐标系C_P之间的位置关系[RT]_FP；

实时计算单元，用于根据实时获取的本体定位架500所在坐标系的位置信息以及位置关系[RT]_FP，计算获得医用器械末端实时的位置；

偏离判断单元，用于计算医用器械末端的平面位置与拟切割平面所在坐标系之间的距离，判断偏离是否超出预定范围。

对于涉及多个拟切割平面的场景，在导航定位阶段结束后，对于本实施例，即在医用器械完成对一个拟切割平面的操作后，本申请所提供的方法还包括步骤h：控制医用器械末端退回至初始位置。在该步骤中，由控制单元控制机械臂200运动，使得将锯片400退回至距离被切割目标一定距离的位置，例如，可以是前次预定位阶段的初始位置，也可以是不同于前次预定位阶段的初始位置的位置，只要该位置较为靠近拟切割目标物体且与目标物体保持一定安全距离的位置。

步骤h之后，在锯片400上再次卡装末端定位架6，即返回至预定位阶段的步骤二，并继续执行前述预定位阶段以及导航定位阶段的各步骤，直至完成对第二拟切割平面的切割操作。其中在步骤四、步骤八、以及步骤b、步骤f中，利用第二拟切割平面所在坐标系计算位置关系。

在完成第二拟切割平面的切割操作后，***判断是否还有第三拟切割平面，如有，则继续执行步骤h，并重复上述步骤，直到完成对所有拟切割平面的操作。

由于例如全膝关节置换术的手术中，需要切割多个平面，一般而言至少需要5个不同的切割平面。对于此种情形，本实施例提供给的方案是在完成一个拟切割平面的切割操作后，均将医用器械退回至初始位置，针对下一个拟切割平面重新进行预定位、以及导航定位步骤，以确保针对每个拟切割平面均可准确定位导航。相对于已有的技术，本实施例提供的方案在每次针对拟切割目标平面执行切割操作之前均进行精准的预定位，并在预定位之后记录校准参数继续进行导航定位，可以消除医用器械在每次运动过程中产生的定位误差，使得全部定位过程更为精细、提供了更高精度。并且，由于本实施例提供的方案是基于对医用器械、末端执行器、拟切割目标位置关系的实时计算而完成，因而在确保针对每个拟切割平面准确定位的同时不会耗费过多时间，兼顾了定位的速度和准确度。

本发明实施例还提供了一种截骨锯片防抖动的控制***，该***可以通过获取单元、处理单元、控制单元实现其功能。需要说明的是，本发明实施例的一种截骨锯片防抖动的控制***可以用于执行本发明实施例所提供的一种截骨锯片防抖动的控制方法，本发明实施例的另一种截骨锯片防抖动的控制方法也可以通过本发明实施例所提供的一种截骨锯片防抖动的控制***来执行。

图20是根据本发明实施例的一种截骨锯片防抖动的控制***示意图。如图20所示，一种截骨锯片防抖动的控制***包括：

获取单元212，用于获取截骨锯片末端的坐标信息；

处理单元214，用于将截骨锯片末端的坐标信息与校准图形建立联系，其中，校准图形是带有基准线的图形，在截骨锯片末端与目标切割面重叠的情况下，截骨锯片末端的坐标信息在屏幕中所对应的指示标志指示在校准图形的基准线位置处，指示标志在校准图形中反馈截骨锯片末端的坐标信息；

第一控制单元216，用于根据截骨锯片末端坐标信息所对应的指示标志与校准图形的基准线位置的变化来调整截骨锯片的位置使其保持在基准线的预定范围内移动。

在一种可选的实施方式中，获取单元包括：第一获取模块，用于在截骨锯片的末端靠近目标切割面并到达预定对准位置的情况下，获取末端执行器的本体定位架与截骨锯片的末端定位架之间的坐标系位置关系，其中，截骨锯片安装在末端执行器上；第二获取模块，用于根据坐标系位置关系和本体定位架的位姿信息实时获取截骨锯片的位姿信息；第三获取模块，用于通过当前截骨锯片的位姿信息得到当前截骨锯片末端的坐标信息。

在一种可选的实施方式中，第一控制单元包括：方向控制模块，用于使指示标志在校准图形中的移动方向与锯片末端在待切割目标上时的坐标信息距离目标切割面的方位相对应。

在一种可选的实施方式中，方向控制模块包括：第一控制模块，用于控制指示标志在校准图形中以目标切割面为基准的正反两个方向进行移动，其中，移动方向分别为位于校准图形基准线的上部和下部两个方向。

在一种可选的实施方式中，方向控制模块还包括；第二控制模块，用于当指示标志指示在校准图形中的上部的情况下，控制截骨锯片的实际切割的位置距离目标切割平面的位置在靠近患者骨骼边缘的位置；第三控制模块，用于当指示标志指示在校准图形中的下部的情况下，控制截骨锯片的实际切割的位置距离目标切割平面的位置在远离患者骨骼边缘的位置。

在一种可选的实施方式中，***还包括：第二控制单元，用于通过确定末端定位架的位置与目标切割面之间的位置关系控制机械臂装置进行运动，其中，末端执行器安装在机械臂装置上；判断控制单元，用于判断末端定位架与目标切割面的距离是否超出阈值范围，如果超出阈值范围，则更新末端定位架的位置与目标切割面之间的位置关系，继续控制机械臂装置进行运动，直至在截骨锯片的末端靠近目标切割面并到达预定对准位置的情况下，则停止判断。

在一种可选的实施方式中，第一控制单元还包括：提示模块，用于当机械臂装置上的法兰上的定位架或目标参考架在截骨时被遮挡的情况下，则改变校准图形的颜色进行提示。

在一种可选的实施方式中，第一控制单元还包括：第一预设模块，用于将校准图形预设为五个不同的颜色区域，其中，每个颜色区域与不同大小的预定范围相对应；第四控制模块，用于控制截骨锯片末端坐标所对应的指示标志使其保持在基准线周围小的预定范围内移动。

在一种可选的实施方式中，处理单元包括：第二预设模块，用于预设指示标志在校准图形中移动的单位距离与锯片末端的实际变化的坐标信息相对应。

在一种可选的实施方式中，***还包括：第一显示模块，用于通过第一指示框显示截骨锯片所在平面与目标切割平面的实际角度。

在一种可选的实施方式中，***还包括：第二显示模块，用于通过第二指示框显示截骨锯片末端与目标切割平面相比的坐标信息实际变化的数据。

在本实施例中，提供了一种存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制存储介质所在设备执行上述方法。

在本实施例中，提供了一种处理器，处理器包括处理器的程序，其中，在程序运行时控制处理器所在设备执行上述方法。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

上述一种截骨锯片防抖动的控制***实施例是与一种截骨锯片防抖动的控制方法相对应的，所以对于有益效果不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅是示意性的，例如单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-On ly Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种锯片防抖动的控制***，其特征在于，所述***包括：

获取单元，用于获取锯片末端的坐标信息；

处理单元，用于将所述锯片末端的坐标信息与校准图形建立联系，其中，所述校准图形是带有基准线的图形，在锯片末端与目标切割面重叠的情况下，所述锯片末端的坐标信息在屏幕中所对应的指示标志指示在所述校准图形的基准线位置处，所述指示标志在所述校准图形中反馈所述锯片末端的坐标信息；

第一控制单元，用于根据所述锯片末端坐标信息所对应的指示标志与所述校准图形的基准线位置的变化来调整所述锯片的位置使其保持在基准线的预定范围内移动；

所述获取单元包括：

第一获取模块，用于在所述锯片的末端靠近所述目标切割面并到达预定对准位置的情况下，获取末端执行器的本体定位架与所述锯片的末端定位架之间的坐标系位置关系，其中，所述锯片安装在末端执行器上；

第二获取模块，用于根据所述坐标系位置关系和所述本体定位架的位姿信息实时获取所述锯片的位姿信息；

第三获取模块，用于通过当前所述锯片的位姿信息得到当前所述锯片末端的坐标信息；

第二控制单元，用于通过确定所述末端定位架的位置与所述目标切割面之间的位置关系控制所述机械臂装置进行运动，其中，所述末端执行器安装在所述机械臂装置上；

判断控制单元，用于判断所述末端定位架与所述目标切割面的距离是否超出阈值范围，如果超出所述阈值范围，则更新所述末端定位架的位置与所述目标切割面之间的位置关系，继续控制所述机械臂装置进行运动，直至在所述锯片的末端靠近所述目标切割面并到达预定对准位置的情况下，则停止判断。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述第一控制单元包括：

方向控制模块，用于使所述指示标志在所述校准图形中的移动方向与所述锯片末端在所述待切割目标上时的坐标信息距离所述目标切割面的方位相对应。

3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述方向控制模块包括：

第一控制模块，用于控制所述指示标志在所述校准图形中以所述目标切割面为基准的正反两个方向进行移动，其中，所述移动方向分别为位于所述校准图形基准线的上部和下部两个方向。

4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述方向控制模块还包括；

第二控制模块，用于当所述指示标志指示在所述校准图形中的上部的情况下，控制所述锯片的实际切割的位置距离所述目标切割平面的位置在靠近患者骨骼边缘的位置；

第三控制模块，用于当所述指示标志指示在所述校准图形中的下部的情况下，控制所述锯片的实际切割的位置距离所述目标切割平面的位置在远离患者骨骼边缘的位置。

5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述第一控制单元还包括：

提示模块，用于当所述机械臂装置上的法兰上的定位架或目标参考架在截骨时被遮挡的情况下，则改变所述校准图形的颜色进行提示。

6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述第一控制单元还包括：

第一预设模块，用于将所述校准图形预设为五个不同的颜色区域，其中，每个颜色区域与不同大小的预定范围相对应；

第四控制模块，用于控制所述锯片末端坐标所对应的指示标志使其保持在所述基准线周围小的预定范围内移动。

7.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述处理单元包括：

第二预设模块，用于预设所述指示标志在所述校准图形中移动的单位距离与所述锯片末端的实际变化的坐标信息相对应。

8.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述指示标志是在所述校准图形中能够通过明暗变化指示不同位置的矩形条，和/或所述指示标志是所述锯片对应的三维图形，和/或所述指示标志是所述锯片对应的二维图形。

9.根据权利要求1所述的***，其特征在于，还包括：第一显示模块，用于通过第一指示框显示所述锯片所在平面与所述目标切割平面的实际角度。

10.根据权利要求1所述的***，其特征在于，还包括：第二显示模块，用于通过第二指示框显示所述锯片末端与所述目标切割平面相比的坐标信息实际变化的数据。