一种基于髋关节磨锉控制的虚拟边界控制方法与流程

本发明属于医疗，涉及一种基于髋关节磨锉控制的虚拟边界控制方法。

背景技术：

1、针对髋关节部位的手术在临床中应用种类广泛，其中作用于髋臼窝的磨锉手术和关节置换手术是较为典型的一种。

2、针对这一类的临床应用，现有的一些企业为了更好的展示自身的方案和技术优势，以用于自身产品技术宣传、外界技术交流或相关使用说明材料的制作，会采用一种新兴的方法，通过制作仿真的髋关节模型，在其上进行髋关节磨锉手术，来仿真相关产品在临床中的手术情况的模型，以能够更为直观的作为技术模型进行展示。

3、目前现有的对于髋关节模型的磨锉，多采用机械臂配合磨锉工具，操作者作为主要掌控，在机械臂的配合下拖动磨锉工具执行作业，人为的控制操作无法保证磨锉工具与髋关节部位的准确定位和稳定作业，容易受设备的体积、灵活度以及机器振动的影响，导致最终作业效果不良，因此目前亟需一种用于辅助控制操作以提高作业精准和稳定性的技术。

技术实现思路

1、本发明为了克服现有技术的不足，提供一种基于髋关节磨锉控制的虚拟边界控制方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种基于髋关节磨锉控制的虚拟边界控制方法，包括以下步骤：

4、步骤1：实时追踪获取髋关节上臼杯腔体的位姿；

5、步骤2：基于臼杯腔体和磨锉工具的位姿交互，生成虚拟边界，虚拟边界朝向臼杯腔体方向收拢；

6、步骤3：基于虚拟边界，实时追踪磨锉工具的位姿，并限制磨锉工具在虚拟边界外的移动。

7、进一步的，虚拟边界包括极限边界，极限边界包括沿臼杯腔体的中心轴的径向上的抛物线。

8、进一步的，虚拟边界包括设定边界，设定边界包括沿臼杯腔体中心轴依次相通的圆柱边界、圆锥边界和直线边界，直线边界的轴向长度和圆锥边界的半顶角为设定值。

9、进一步的，设定边界位于极限边界内，圆锥边界与抛物线相切。

10、进一步的，磨锉工具包括磨锉头，磨锉头与臼杯腔体均呈半球体结构。

11、进一步的，抛物线的半径设定为磨锉工具的半径，磨锉工具的直径等于或小于臼杯腔体的直径。

12、进一步的，磨锉工具的直径小于臼杯腔体的直径时，直线边界朝向臼杯腔体的中心轴的径向扩张。

13、进一步的，步骤1中，臼杯腔体的位姿追踪包括：追踪髋臼窝的位姿，设定臼杯与髋臼窝的位姿关系，确定臼杯腔体的位姿。

14、进一步的，磨锉工具安装于机械臂，对磨锉工具的限制包括机械臂对磨锉工具的导纳控制。

15、综上所述，本发明的有益之处在于：

16、本发明基于髋关节的磨锉控制，通过实时追踪生成臼杯腔体的位姿，在臼杯腔体的基础上，结合磨锉工具在臼杯腔体中所规划的作业量和作业位姿，生成用于限制磨锉工具的虚拟边界，通过虚拟边界与机械臂的导纳控制的配合，能够在使用者的操控中，产生适当的触觉反馈，以辅助使用者的拖动操作，防止将磨锉工具移动出边界外，实时保证磨锉工具在安全的范围内作业；进一步的，可设定的虚拟边界和极限虚拟边界的生成，以及根据不同磨锉头尺寸生成的不同边界形式，有助于实际作业操作中根据具体场景进行特定的参数调整，有效提高控制的灵活性和作业的质量。

技术特征：

1.一种基于髋关节磨锉控制的虚拟边界控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于髋关节磨锉控制的虚拟边界控制方法，其特征在于，虚拟边界包括极限边界，极限边界包括沿臼杯腔体的中心轴的径向上的抛物线。

3.根据权利要求2所述的一种基于髋关节磨锉控制的虚拟边界控制方法，其特征在于，虚拟边界包括设定边界，设定边界包括沿臼杯腔体中心轴依次相通的圆柱边界、圆锥边界和直线边界，直线边界的轴向长度和圆锥边界的半顶角为设定值。

4.根据权利要求3所述的一种基于髋关节磨锉控制的虚拟边界控制方法，其特征在于，设定边界位于极限边界内，圆锥边界与抛物线相切。

5.根据权利要求3或4中所述的一种基于髋关节磨锉控制的虚拟边界控制方法，其特征在于，磨锉工具包括磨锉头，磨锉头与臼杯腔体均呈半球体结构。

6.根据权利要求5所述的一种基于髋关节磨锉控制的虚拟边界控制方法，其特征在于，抛物线的半径设定为磨锉工具的半径，磨锉工具的直径等于或小于臼杯腔体的直径。

7.根据权利要求6所述的一种基于髋关节磨锉控制的虚拟边界控制方法，其特征在于，磨锉工具的直径小于臼杯腔体的直径时，直线边界朝向臼杯腔体的中心轴的径向扩张。

8.根据权利要求1所述的一种基于髋关节磨锉控制的虚拟边界控制方法，其特征在于，步骤1中，臼杯腔体的位姿追踪包括：追踪髋臼窝的位姿，设定臼杯与髋臼窝的位姿关系，确定臼杯腔体的位姿。

9.根据权利要求1所述的一种基于髋关节磨锉控制的虚拟边界控制方法，其特征在于，磨锉工具安装于机械臂，对磨锉工具的限制包括机械臂对磨锉工具的导纳控制。

技术总结本发明公开了一种基于髋关节磨锉控制的虚拟边界控制方法，包括以下步骤：步骤1：实时追踪获取髋关节上臼杯腔体的位姿；步骤2：基于臼杯腔体和磨锉工具的位姿交互，生成虚拟边界，虚拟边界朝向臼杯腔体方向收拢；步骤3：基于虚拟边界，实时追踪磨锉工具的位姿。本发明基于髋关节的磨锉控制，通过实时追踪生成臼杯腔体的位姿，在臼杯腔体的基础上，结合磨锉工具在臼杯腔体中所规划的作业量和作业位姿，生成用于限制磨锉工具的虚拟边界，通过虚拟边界与机械臂的导纳控制的配合，能够在使用者的操控中，产生适当的触觉反馈，以辅助使用者的拖动操作，防止将磨锉工具移动出边界外，实时保证磨锉工具在安全的范围内作业。技术研发人员：卢明,徐子昂,童睿,王婧,张巍受保护的技术使用者：杭州三坛医疗科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29