自动调整髋臼杯位姿的方法、系统和手术机器人与流程

1.本发明实施例涉及医疗设备领域，尤其涉及一种自动调整髋臼杯位姿的方法、系统和手术机器人。


背景技术：

2.全髋节置换术的目的是用关节假体替换病变的髋关节，手术的要求是假体的安装位姿应尽量精准，比如关节假体(即髋臼杯)的安装位置、外展角、前倾角，当然，实际情况还需根据病人的生理结构而定，通常由术前规划确定。而且在实际髋臼杯安装手术中，很难将髋臼窝磨削的特别光滑，会有一些不规则，因此医生将髋臼杯放入髋臼窝附近时，髋臼杯的中心轴往往会偏离髋臼窝的中心轴，需要医生凭经验调整髋臼杯的位姿以使髋臼杯位于预设的髋臼杯安装打杯位置，且髋臼杯的中心轴与髋臼窝的中心轴重合，以保证髋臼杯的外展角和前倾角符合预设要求，这个位姿调整过程通常比较漫长，而且很难保证髋臼杯最后的打杯位姿为其最佳打杯位姿。


技术实现要素：

3.本发明实施例提供了一种自动调整髋臼杯位姿的方法、系统和手术机器人，解决了现有技术无法保证髋臼杯的打杯位姿为其最佳打杯位姿的问题。
4.第一方面，本发明实施例提供了一种自动调整髋臼杯位姿的方法，包括：
5.s1、控制髋臼杯从当前位置向预设打杯处运动，并实时检测位姿调整信号，以及在检测到位姿调整信号时，获取所述髋臼杯的当前位姿信息与目标对象的髋臼窝的当前位姿信息，所述预设打杯处位于所述髋臼窝中；
6.s2、根据所述髋臼杯的当前位姿信息和所述髋臼窝的当前位姿信息调整所述髋臼杯的位姿，以使所述髋臼杯的中心轴与所述髋臼窝的中心轴重合；
7.s3、如果位姿调整后的髋臼杯未处于所述预设打杯处，则重复执行上述s1和s2。
8.第二方面，本发明实施例还提供了一种手术机器人，包括：
9.运动模块，包括机械臂，用于带动髋臼杯运动；
10.位姿获取模块，包括髋臼杯位姿单元和髋臼窝位姿单元，用于通过所述髋臼杯位姿单元实时获取髋臼杯的当前位姿信息以及通过所述髋臼窝位姿单元实时获取目标对象的髋臼窝的当前位姿信息；
11.控制器，用于根据所述髋臼杯的当前位姿信息和所述髋臼窝的当前位姿信息，调整所述髋臼杯的位姿，以使所述髋臼杯的中心轴与所述髋臼窝的中心轴重合。
12.第三方面，本发明实施例还提供了一种自动调整髋臼杯位姿的系统，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时用于执行任意实施例所述的自动调整髋臼杯位姿的方法。
13.本发明实施例提供的自动调整髋臼杯位姿的方法的技术方案，控制髋臼杯从当前位置向预设打杯处运动，并实时检测位姿调整信号，以及在检测到位姿调整信号时，获取髋
臼杯的当前位姿信息与目标对象的髋臼窝的当前位姿信息；根据髋臼杯的当前位姿信息和髋臼窝的当前位姿信息调整髋臼杯的位姿，以使髋臼杯的中心轴与髋臼窝的中心轴重合，如果位姿调整后的髋臼杯当前未处于预设打杯处，则重复执行上述步骤直至位姿调整后的髋臼杯处于预设打杯处。由于该预设打杯处为髋臼杯的最佳纵向位置，因此处于预设打杯处且中心轴与髋臼窝中心轴重合的髋臼杯的位姿，即为髋臼杯的最佳打杯位姿，因此相较于人工调整髋臼杯位姿，可大大减少髋臼杯的位姿调整时间，而且能够将髋臼杯调整至最佳打杯位姿，有助于提高髋臼杯安装术的成功率。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
15.图1是本发明一个实施例提供的自动调整髋臼杯位姿的方法的流程图；
16.图2是本发明一个实施例提供的手术机器人的示意图；
17.图3a为本发明一个实施例提供的位姿调整之前，位于髋臼窝附近的髋臼杯的位姿示意图；
18.图3b为本发明一个实施例提供的髋臼杯运动至髋臼窝侧壁的示意图；
19.图3c为本发明一个实施例提供的重合度调整后的髋臼杯位姿示意图；
20.图3d为本发明一个实施例提供的位姿调整完之后的髋臼杯位姿示意图；
21.图4为本发明一个实施例提供的又一重合度调整后的位姿示意图；
22.图5是本发明另一实施例提供的手术机器人的示意图；
23.图6是本发明另一实施例提供的手术机器人的结构框图；
24.图7是本发明另一实施例提供的又一手术机器人的结构框图。
具体实施方式
25.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本发明实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本发明的技术方案，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
26.图1是本发明一个实施例提供的自动调整髋臼杯位姿的方法的流程图。本实施例的技术方案适用于通过髋臼杯的当前位姿信息与髋臼窝的当前位姿信息调整髋臼杯的位姿，以使髋臼杯位于预设打杯处时，其中心轴与髋臼窝中心轴是重合的情况。该方法可以由本发明实施例提供的手术机器人的控制器来执行，该控制器可以采用软件和/或硬件的方式实现。该方法具体包括如下步骤：
27.s101、控制髋臼杯从当前位置向预设打杯处运动，并实时检测位姿调整信号，以及在检测到位姿调整信号时，获取髋臼杯的当前位姿信息与目标对象的髋臼窝的当前位姿信息，其中，预设打杯处位于髋臼窝中。
28.其中，目标对象为当前接收髋臼杯安装术的患者，具体是已经完成髋臼窝磨削手
术并等待髋臼杯打入的患者。
29.其中，预设打杯处为医生术前确定的打杯位置，其中心接近髋臼窝的中心。
30.其中，髋臼杯在机械臂的带动下从当前位置向预设打杯处运动，机械臂为手术机器人的一部分，用于在控制器的控制下或者在使用者(例如医生)的拖动下通过髋臼杯连杆3带动髋臼杯31运动，如图2所示。该手术机器人包括底座1、设置于底座上的第一光学阵列41、机械臂11、设置于机械臂11上的第二光学阵列42，以及设置于患者髋部附近的第三光学阵列43，以及连接第一光学阵列41、第二光学阵列42和第三光学阵列43的控制器。
31.控制器通过第一光学阵列41实时获取该底座1的坐标信息，通过第二光学阵列42实时获取机械臂11通过连杆3携带的髋臼杯31的当前位姿信息，通过第三光学阵列43实时获取髋臼窝的当前位姿信息，将髋臼杯31的当前位姿信息与髋臼窝的当前位姿信息转换至第一光学阵列对应的坐标系中，以便于髋臼杯当前位姿的确定与调整。
32.本实施例在髋臼杯从当前位置(参见图3a)向预设打杯处运动的过程中实时检测位姿调整信号，并在检测到位姿调整信号时，获取髋臼杯的当前位姿信息与目标对象的髋臼窝的当前位姿信息，以用于髋臼杯的位姿调整。
33.在一个实施例中，位姿调整信号由外力触发，该外力为髋臼杯在向预设打杯处的运动过程中碰触到髋臼窝内壁(参见图3b)时受到的碰撞力。具体地，在通过设置于机械臂上的力传感器检测到髋臼杯因碰触到髋臼窝内壁受到外力时，生成位姿调整信号，并根据该位姿调整信号获取髋臼杯的当前位姿信息与目标对象的髋臼窝的当前位姿信息。通过先运动，再基于外力生成位姿调整信号的方式，实现了先对髋臼杯进行纵向调整，然后通过位姿调整信号以及后续步骤对髋臼杯进行横向上的重合度调整，实现了自动调整髋臼杯位姿的。
34.在一个实施例中，在控制髋臼杯从当前位置向预设打杯处运动，并实时检测位姿调整信号之前，获取髋臼杯的当前位姿信息以及目标对象的髋臼窝的当前位姿信息；根据髋臼杯的当前位姿信息和髋臼窝的当前位姿信息调整髋臼杯的位姿，以使髋臼杯的中心轴与髋臼窝的中心轴重合。在对髋臼杯进行纵向调整之前，先对髋臼杯进行横向的重合度调整，以使髋臼杯在首次运动起始时，其中心轴与髋臼窝中心轴是平行的，有助于增加髋臼杯在首次运动过程中的纵向运动量。
35.使髋臼杯的中心轴与髋臼窝的中心轴重合的方法包括：根据髋臼杯的当前位姿信息和髋臼窝的当前位姿信息调整髋臼杯的位姿，以使髋臼杯的中心轴与髋臼窝的中心轴平行，以更新髋臼杯的当前位姿信息；根据更新后的髋臼杯的当前位姿信息调整髋臼杯的中心轴在预设方向上的位置，以使髋臼杯的中心轴与髋臼窝的中心轴重合，其中，预设方向为垂直于髋臼窝中心轴的方向。
36.在一个实施例中，位姿调整信号是在检测到髋臼杯运动完预设步长时生成的，该预设步长小于预设打杯处与髋臼窝内壁的最小距离。具体地，设定髋臼杯当前与预设打杯处之间的距离为h，h等于8个预设步长。对图3a的髋臼杯进行位姿调整，以使其中心轴与髋臼窝中心轴重合(参见图4)，然后控制位姿调整后的髋臼杯以预设步长向预设打杯处运动，且在检测到其每运动完预设步长时生成位姿调整信号，并根据该位姿调整信号获取髋臼杯的当前位姿信息与目标对象的髋臼窝的当前位姿信息。先对髋臼杯执行横向的重合度调整，然后对髋臼杯进行纵向位置调整，再基于位姿调整信号对髋臼杯进行后续的重合度调
整，实现了髋臼杯的实时位姿修正。
37.在一个实施例中，自动调整髋臼杯位姿的模式由位姿随动信号触发，该位姿随动信号由医生通过踩踏该手术机器人的脚踏板来产生。具体地，当医生将髋臼杯拖动至髋臼窝附近(参见图3a)，且需要手术机器人自动执行髋臼杯的位姿调整时，踩踏手术机器人的脚踏板，控制器根据脚踏板的动作信息生成位姿随动信号。相应的，当医生需要终止自动调整髋臼杯位姿的模式时，还可以通过踩踏脚踏板来生成位姿随动终止信号。当然，用于生成位姿随动信号的脚踏板踩踏方式与用于生成位姿随动终止信号的脚踏板踩踏方式和/或踩踏时机不同。
38.可以理解的是，基于不同触发方式生成的位姿调整信号对应不同的自动调整模式，不同的自动调整模式需要不同的位姿随动信号来触发，不同的位姿随动信号可通过不同的脚踏板踩踏方式生成。
39.s102、根据髋臼杯的当前位姿信息和髋臼窝的当前位姿信息调整髋臼杯的位姿，以使髋臼杯的中心轴与髋臼窝的中心轴重合。
40.根据髋臼杯的当前位姿信息和髋臼窝的当前位姿信息调整髋臼杯的位姿，以使髋臼杯的中心轴与髋臼窝的中心轴平行，以更新髋臼窝的当前位姿信息；根据更新后的髋臼杯的当前位姿信息调整髋臼杯的中心轴在预设方向上的位置，以使髋臼杯的中心轴与髋臼窝的中心轴重合。用于完成髋臼杯在横向上的重合度调整。其中，预设方向为垂直于髋臼窝中心轴的方向。
41.s103、如果位姿调整后的髋臼杯未处于预设打杯处，则重复执行上述步骤。
42.确定位姿调整后的髋臼杯是否处于预设打杯处，若是，则锁定髋臼杯的当前位姿，若否，则重复执行上述s101和s102。
43.示例性的，对于位姿调整信号是由外力触发的情况。控制机械臂带动髋臼杯向预设打杯处运动，直至检测到髋臼杯因碰触到髋臼窝内壁(参见图3b)时受到的外力，根据该外力生成位姿调整信号，以及根据该位姿调整信号获取髋臼杯的当前位姿信息与目标对象的髋臼窝的当前位姿信息，以及根据髋臼杯的当前位姿信息和髋臼窝的当前位姿信息调整髋臼杯的位姿，以使髋臼杯的中心轴与髋臼窝的中心轴重合(参见图3c)；然后检测位姿调整后的髋臼杯当前是否位于预设打杯处；若是，则锁定髋臼杯的当前位姿，若否，则继续控制机械臂带动髋臼杯向预设打杯处运动，直至再次检测到髋臼杯因碰触到髋臼窝内壁时受到的外力，根据该外力生成位姿调整信号，以及根据该位姿调整信号获取髋臼杯的当前位姿信息与目标对象的髋臼窝的当前位姿信息，以及根据髋臼杯的当前位姿信息和髋臼窝的当前位姿信息调整髋臼杯的位姿，以使髋臼杯的中心轴与髋臼窝的中心轴重合，检测位姿调整后的髋臼杯当前是否位于预设打杯处，若是，则锁定髋臼杯的当前位姿，若否，则重复执行上述步骤，直至位姿调整后的髋臼杯处于预设打杯处。
44.示例性的，对于位姿调整信号是在检测到髋臼杯运动完成预设步长时生成的情况。控制机械臂带动位姿调整后的髋臼杯(参见图4)向预设打杯处运动，在检测到机械臂带动髋臼杯运动完一个预设步长时生成位姿调整信号，并根据该位姿调整信号调整髋臼杯的当前位姿，以使位姿调整后的髋臼杯的中心轴与髋臼窝的中心轴重合，检测位姿调整后的髋臼杯是否位于预设打杯处，若是，则锁定髋臼杯的当前位姿，若否，则带动位姿调整后的髋臼杯继续向预设打杯处运动一个预设步长，并在运动完一个预设步长时生成位姿调整信
号，以及根据该位姿调整信号对髋臼杯的当前位姿进行位姿调整，以使位姿调整后的髋臼杯的中心轴与髋臼窝的中心轴重合，检测位姿调整后的髋臼杯是否位于预设打杯处，若是，则锁定髋臼杯的当前位姿，若否，则重复执行上述步骤，直至位姿调整后的髋臼杯处于预设打杯处。
45.可以理解的是，设定预设打杯处的坐标为原点坐标，预设打杯处至髋臼窝开口处的方向为正向。如果位姿调整后的髋臼杯的纵向坐标小于预设打杯处的纵向坐标，则控制机械臂带动髋臼杯向髋臼窝开口方向运动；如果位姿调整后的髋臼杯的纵向坐标大于预设打杯处的纵向坐标，则控制机械臂带动髋臼杯向髋臼窝底部方向运动。
46.本实施例中，可通过一种自动调整模式控制髋臼杯运动至预设打杯处，且处于预设打杯处的髋臼杯中心轴与髋臼窝中心轴重合；也可以通过两种自动调整模式相混合的方式控制髋臼杯运动至预设打杯处，且处于预设打杯处的髋臼杯的中心轴与髋臼窝中心轴重合。示例性的，先通过由外力触发位姿调整信号的自动调整模式，使髋臼杯运动至预设打杯处附近，然后通过基于预设步长生成位姿调整信号的自动调整模式，控制髋臼杯从预设打杯处附近运动至预设打杯处，且其中心轴与髋臼窝中心轴重合。可以理解的是，当通过外力触发位姿调整信号的自动调整模式，使髋臼杯运动至预设打杯处附近时，髋臼杯会在预设打杯处附近做往返运动，因此在检测到髋臼杯在预设打杯处开始做往返运动时，将当前的自动调整模式切换成基于预设步长生成位姿调整信号的自动调整模式。
47.在一个实施例中，在检测到位姿调整后的髋臼杯处于预设打杯处时，则通过位姿锁定指令锁定机械臂的位姿，从而锁定髋臼杯的位姿，这样即可方便对位姿锁定后的髋臼杯执行打杯操作。
48.本发明实施例提供的自动调整髋臼杯位姿的方法的技术方案，控制髋臼杯从当前位置向预设打杯处运动，并实时检测位姿调整信号，以及在检测到位姿调整信号时，获取髋臼杯的当前位姿信息与目标对象的髋臼窝的当前位姿信息；根据髋臼杯的当前位姿信息和髋臼窝的当前位姿信息调整髋臼杯的位姿，以使髋臼杯的中心轴与髋臼窝的中心轴重合，如果位姿调整后的髋臼杯当前未处于预设打杯处，则重复执行上述步骤直至位姿调整后的髋臼杯处于预设打杯处。由于该预设打杯处为髋臼杯的最佳纵向位置，处于预设打杯处且中心轴与髋臼窝中心轴重合的髋臼杯的位姿，即为髋臼杯的最佳打杯位姿。相较于人工调整髋臼杯位姿，可大大减少髋臼杯的位姿调整时间，而且能够将髋臼杯调整至最佳打杯位姿，有助于提高髋臼杯安装术的成功率。
49.本发明另一实施例提供了一种手术机器人。如图2、图5和图6所示，该手术机器人可用于执行上述任意实施例所提供的自动调整髋臼杯位姿的方法，包括：运动模块201、位姿获取模块202以及控制器203；运动模块201包括机械臂11，该机械臂用于带动髋臼杯31运动；位姿获取模块202包括髋臼杯位姿单元和髋臼窝位姿单元，用于通过髋臼杯位姿单元实时获取设置于机械臂11末端的髋臼杯31的当前位姿信息以及通过髋臼窝位姿单元实时获取目标对象01的髋臼窝的当前位姿信息；控制器203用于根据髋臼杯的当前位姿信息和髋臼窝的当前位姿信息，调整髋臼杯的位姿，以使髋臼杯的中心轴与髋臼窝的中心轴重合。
50.该控制器还用于通过机械臂11带动髋臼杯31从当前位置向预设打杯处运动，并在检测到位姿调整信号时，通过位姿获取模块202实时获取髋臼杯31的当前位姿信息与目标对象的髋臼窝的当前位姿信息。
51.其中，该手术机器人还包括力传感模块，力传感模块用于检测髋臼杯向预设打杯处的运动过程中碰触到髋臼窝内壁时受到的碰撞力；位姿调整信号由检测到的碰撞力触发。该力传感器模块优选为六维力传感器。
52.其中，机械臂11通过设置于其末端的髋臼杯连杆3带动髋臼杯31运动。
53.该手术机器人还包括底座1、设置于底座1上的第一光学阵列41、连接该底座1的机械臂11、设置于机械臂11上的六维力传感器2、设置于机械臂11上的第二光学阵列42、设置于目标对象01髋臼窝附近的第三光学阵列43，以及光学相机5。其中，第一光学阵列用于获取底座的坐标信息，髋臼窝位于主动随动区02的末端，主动随动区02的位姿随着髋臼窝位姿的变化而变化。需要说明的是，主动随动区是一个锥形的虚拟区域，其大小可以根据具体的手术开口大小进行设置。
54.髋臼杯位姿单元为设置于机械臂上的第二光学阵列42，髋臼窝位姿单元为放置于髋臼窝附近的第三光学阵列43。控制器通过第一光学阵列41实时获取该系统的基座的坐标信息，通过第二光学阵列42实时获取髋臼杯的当前位姿信息，通过第三光学阵列43实时获取髋臼窝的当前位姿信息，将髋臼杯的当前位姿信息与髋臼窝的当前位姿信息转换至第一光学阵列41对应的坐标系中，以便于髋臼杯当前位姿的确定与调整。
55.在一个实施例中，位姿调整信号由外力触发，该外力为髋臼杯在向预设打杯处的运动过程中碰触到髋臼窝内壁时受到的碰撞力。具体地，在通过设置于机械臂上的力传感器检测到髋臼杯因碰触到髋臼窝内壁(参见图3b)受到外力时，生成位姿调整信号，并根据该位姿调整信号获取髋臼杯的当前位姿信息与目标对象的髋臼窝的当前位姿信息。通过先运动，再基于外力生成位姿调整信号的方式，实现了先对髋臼杯进行纵向调整，然后通过位姿调整信号以及后续步骤对髋臼杯进行横向上的重合度调整，实现了自动调整髋臼杯位姿的。
56.在一个实施例中，在控制髋臼杯从当前位置向预设打杯处运动，并实时检测位姿调整信号之前，获取髋臼杯的当前位姿信息以及目标对象的髋臼窝的当前位姿信息；根据髋臼杯的当前位姿信息和髋臼窝的当前位姿信息调整髋臼杯的位姿，以使髋臼杯的中心轴与髋臼窝的中心轴重合。在对髋臼杯进行纵向调整之前，先对髋臼杯进行横向的重合度调整，以使髋臼杯在首次运动起始时，其中心轴与髋臼窝中心轴是平行的，有助于增加髋臼杯在首次运动过程中的纵向运动量。
57.使髋臼杯的中心轴与髋臼窝的中心轴重合的方法包括：根据髋臼杯的当前位姿信息和髋臼窝的当前位姿信息调整髋臼杯的位姿，以使髋臼杯的中心轴与髋臼窝的中心轴平行，以更新髋臼杯的当前位姿信息；根据更新后的髋臼杯的当前位姿信息调整髋臼杯的中心轴在预设方向上的位置，以使髋臼杯的中心轴与髋臼窝的中心轴重合，其中，预设方向为垂直于髋臼窝中心轴的方向。
58.在一个实施例中，位姿调整信号是在检测到髋臼杯运动完预设步长时生成的，该预设步长小于预设打杯处与髋臼窝内壁的最小距离。具体地，对图3a中的髋臼杯进行位姿调整，使其髋臼杯中心轴与髋臼窝中心轴重合，参见图4，然后控制位姿调整后的髋臼杯以预设步长向预设打杯处运动，且在检测到其每运动完预设步长时生成位姿调整信号，并根据该位姿调整信号获取髋臼杯的当前位姿信息与目标对象的髋臼窝的当前位姿信息。先对髋臼杯执行横向的重合度调整，然后对髋臼杯进行纵向位置调整，再基于位姿调整信号对
髋臼杯进行后续的重合度调整，实现了髋臼杯的实时位姿修正。
59.在一个实施例中，自动调整髋臼杯位姿的模式由位姿随动信号触发，该位姿随动信号由医生通过踩踏该手术机器人的脚踏板来产生。具体地，当医生将髋臼杯拖动至髋臼窝附近，且需要手术机器人自动执行髋臼杯的位姿调整时，踩踏手术机器人的脚踏板，控制器根据脚踏板的动作信息生成位姿随动信号。相应的，当医生需要终止自动调整髋臼杯位姿的模式时，还可以通过踩踏手术机器人的脚踏板来生成位姿随动终止信号。当然，用于生成位姿随动信号的脚踏板踩踏方式与用于生成位姿随动终止信号的脚踏板踩踏方式和/或踩踏时机不同；
60.可以理解的是，基于不同触发方式生成的位姿调整信号对应不同的自动调整模式，不同的自动调整模式需要不同的位姿随动信号来触发，不同的位姿随动信号可通过不同的脚踏板踩踏方式生成。
61.其中，髋臼杯位姿调整方法包括：根据髋臼杯的当前位姿信息和髋臼窝的当前位姿信息调整髋臼杯的位姿，以使髋臼杯的中心轴与髋臼窝的中心轴平行，以更新髋臼窝的当前位姿信息；根据更新后的髋臼杯的当前位姿信息调整髋臼杯的中心轴在预设方向上的位置，以使髋臼杯的中心轴与髋臼窝的中心轴重合。用于完成髋臼杯在横向上的重合度调整。其中，预设方向为垂直于髋臼窝中心轴的方向。
62.确定位姿调整后的髋臼杯是否处于预设打杯处，若是，则锁定髋臼杯的当前位姿，若否，则重复执行以下步骤：通过机械臂11带动髋臼杯31从当前位置向预设打杯处运动，并在检测到位姿调整信号时，通过位姿获取模块202实时获取髋臼杯31的当前位姿信息与目标对象的髋臼窝的当前位姿信息，根据髋臼杯的当前位姿信息和髋臼窝的当前位姿信息调整髋臼杯的位姿，以使髋臼杯的中心轴与髋臼窝的中心轴重合。
63.示例性的，对于位姿调整信号是由外力触发的情况。控制机械臂带动髋臼杯向预设打杯处运动，直至检测到髋臼杯因碰触到髋臼窝内壁(参见图3b)时受到的外力，根据该外力生成位姿调整信号，以及根据该位姿调整信号获取髋臼杯的当前位姿信息与目标对象的髋臼窝的当前位姿信息，以及根据髋臼杯的当前位姿信息和髋臼窝的当前位姿信息调整髋臼杯的位姿，以使髋臼杯的中心轴与髋臼窝的中心轴重合(参见图3c)；然后检测位姿调整后的髋臼杯当前是否位于预设打杯处；若是，则锁定髋臼杯的当前位姿，若否，则继续控制机械臂带动髋臼杯向预设打杯处运动，直至再次检测到髋臼杯因碰触到髋臼窝内壁时受到的外力，根据该外力生成位姿调整信号，以及根据该位姿调整信号获取髋臼杯的当前位姿信息与目标对象的髋臼窝的当前位姿信息，以及根据髋臼杯的当前位姿信息和髋臼窝的当前位姿信息调整髋臼杯的位姿，以使髋臼杯的中心轴与髋臼窝的中心轴重合，检测位姿调整后的髋臼杯当前是否位于预设打杯处，若是，则锁定髋臼杯的当前位姿，若否，则重复执行上述步骤，直至位姿调整后的髋臼杯处于预设打杯处。
64.示例性的，对于位姿调整信号是在检测到髋臼杯运动完成预设步长时生成的情况。控制机械臂带动位姿调整后的髋臼杯(参见图4)向预设打杯处运动，在检测到机械臂带动髋臼杯运动完一个预设步长时生成位姿调整信号，并根据该位姿调整信号调整髋臼杯的当前位姿，以使位姿调整后的髋臼杯的中心轴与髋臼窝的中心轴重合，检测位姿调整后的髋臼杯是否位于预设打杯处，若是，则锁定髋臼杯的当前位姿，若否，则带动位姿调整后的髋臼杯继续向预设打杯处运动一个预设步长，并在运动完一个预设步长时生成位姿调整信
号，以及根据该位姿调整信号对髋臼杯的当前位姿进行位姿调整，以使位姿调整后的髋臼杯的中心轴与髋臼窝的中心轴重合，检测位姿调整后的髋臼杯是否位于预设打杯处，若是，则锁定髋臼杯的当前位姿，若否，则重复执行上述步骤，直至位姿调整后的髋臼杯处于预设打杯处。
65.可以理解的是，设定预设打杯处的坐标为原点坐标，预设打杯处至髋臼窝开口处的方向为正向。如果位姿调整后的髋臼杯的纵向坐标小于预设打杯处的纵向坐标，则控制机械臂带动髋臼杯向髋臼窝开口方向运动；如果位姿调整后的髋臼杯的纵向坐标大于预设打杯处的纵向坐标，则控制机械臂带动髋臼杯向髋臼窝底部方向运动。
66.本实施例中，控制器可通过一种自动调整模式控制髋臼杯运动至预设打杯处，且处于预设打杯处的髋臼杯中心轴与髋臼窝中心轴重合；也可以通过两种自动调整模式相混合的方式控制髋臼杯运动至预设打杯处，且处于预设打杯处的髋臼杯的中心轴与髋臼窝中心轴重合。示例性的，先通过由外力触发位姿调整信号的自动调整模式使髋臼杯运动至预设打杯处附近，然后通过基于预设步长生成位姿调整信号的自动调整模式，控制髋臼杯从预设打杯处附近运动至预设打杯处，且其中心轴与髋臼窝中心轴重合。可以理解的是，当通过外力触发位姿调整信号的自动调整模式，使髋臼杯运动至预设打杯处附近时，髋臼杯会在预设打杯处附近做往返运动，因此在检测到髋臼杯在预设打杯处开始做往返运动时，将当前的自动调整模式切换成，基于预设步长生成位姿调整信号的自动调整模式。
67.在一些实施例中，该手术机器人还包括显示模块，比如图5中的显示装置6，至少用于显示髋臼杯与髋臼窝之间的相对位姿关系。具体地，控制器将通过第二光学阵列实时获取的髋臼杯的当前位姿信息和通过第三光学阵列实时获取的髋臼窝的当前位姿信息转换至第一光学阵列对应的坐标系中，并将转换至第一光学阵列中的髋臼杯的当前位姿信息和髋臼窝的当前位姿信息输出至显示装置中，以使医生通过显示装置直观地观测到髋臼杯与髋臼窝之间的相对位姿关系。
68.在一些实施例中，该系统还包括光学相机5，该光学相机用于通过检测第二光学阵列与第三光学阵列的位姿来检测髋臼窝与髋臼杯的位姿，以及二者之间的位姿对应关系。
69.在一些实施例中，该手术机器人还包括防碰撞检测模块204(参见图7)，该防碰撞检测模块用于通过光学相机5定位设置于患者髋关节上的第三光学阵列43来确定患者髋关节的位姿以及用于获取机械臂的各个关节的位姿；根据患者髋关节的位姿、机械臂各个关节的位姿以及预设距离范围确定机械臂的位姿调整量。控制器还用于，如果该位姿调整量未在预设调整阈值内，则在保持髋臼杯当前位姿不变的前提下，根据当前位姿调整量控制机械臂旋转，以使位姿调整量在预设调整阈值内，此时使机械臂与髋关节之间的距离大于或等于预设距离范围。优选地，控制器还用于：如果位姿调整量未在在预设调整阈值内，则在保持髋臼杯当前位姿不变的前提下，根据当前位姿调整量控制机械臂旋转，然后通过碰撞检测模块再次获取机械臂的当前位姿调整量，并确定该当前位姿调整量是否在预设调整阈值内，若否，则重复上述步骤直至机械臂的当前位姿调整量在预设调整阈值内。控制器还用于：如果当前位姿调整量在预设调整阈值内，则通过显示装置6输出用于表示机械臂位姿安全的提示信息。通过将位姿调整量限定在预设调整阈值内，可使机械臂与髋关节之间的距离大于或等于预设距离范围，这样在整个打杯过程中，机械臂都不会碰触到患者的髋关节，提高了打杯过程的安全性。
70.本发明实施例提供的手术机器人的技术方案，相较于现有技术，控制器用于根据髋臼杯在从当前位置向预设打杯处运动过程中检测到的位姿调整信号，通过位姿获取模块获取髋臼杯的当前位姿信息与目标对象的髋臼窝的当前位姿信息，并根据髋臼杯的当前位姿信息和髋臼窝的当前位姿信息调整髋臼杯的位姿，以使髋臼杯的中心轴与髋臼窝的中心轴重合，如果位姿调整后的髋臼杯未在预设打杯处，则继续上述步骤，直至位姿调整后的髋臼杯的中心轴与髋臼窝的中心轴重合。由于该预设打杯处为医生预期的髋臼杯的最佳纵向位置，因此处于预设打杯处且中心轴与髋臼窝中心轴重合的髋臼杯的位姿，即为髋臼杯的最佳打杯位姿，因此相较于人工调整髋臼杯位姿，可大大减少髋臼杯的位姿调整时间，而且能够将髋臼杯调整至最佳打杯位姿，有助于提高髋臼杯安装术的成功率。
71.本发明实施例所提供的手术机器人可执行本发明任意实施例所提供的自动调整髋臼杯位姿的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
72.本发明另一实施例还提供了一种自动调整髋臼杯位姿的系统，该系统包括处理器和存储器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行该计算机程序时用于执行一种自动调整髋臼杯位姿的方法，该方法包括：
73.s1、控制髋臼杯从当前位置向预设打杯处运动，并实时检测位姿调整信号，以及在检测到位姿调整信号时，获取所述髋臼杯的当前位姿信息与目标对象的髋臼窝的当前位姿信息，所述预设打杯处位于所述髋臼窝中；
74.s2、根据所述髋臼杯的当前位姿信息和所述髋臼窝的当前位姿信息调整所述髋臼杯的位姿，以使所述髋臼杯的中心轴与所述髋臼窝的中心轴重合；
75.s3、如果位姿调整后的髋臼杯未处于所述预设打杯处，则重复执行上述s1和s2。
76.当然，本发明实施例所提供的自动调整髋臼杯位姿的系统，其计算机程序不限于如上所述的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的自动调整髋臼杯位姿的方法中的相关操作。
77.通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。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可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(read
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only memory，简称rom)、随机存取存储器(random access memory，简称ram)、闪存(flash)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的自动调整髋臼杯位姿的方法。
78.值得注意的是，上述手术机器人的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
79.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。