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CN109998682A - 探针装置、精度检测方法、精度检测系统及定位系统 - Google Patents

探针装置、精度检测方法、精度检测系统及定位系统 Download PDF

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CN109998682A
CN109998682A CN201910349611.XA CN201910349611A CN109998682A CN 109998682 A CN109998682 A CN 109998682A CN 201910349611 A CN201910349611 A CN 201910349611A CN 109998682 A CN109998682 A CN 109998682A
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Beijing Tinavi Medical Technology Co Ltd
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Abstract

本发明实施例提供一种探针装置、精度检测方法、精度检测系统及定位系统，探针装置包括：定位部，具有承载体，承载体承载有不共线的三个以上定位件；导向检测部，连接承载体，并与定位件具有第一预设位置关系，导向检测部具有与定位系统的导向件相互匹配的圆柱外轮廓结构。本发明的实施例能够精确检测导向件的精度，从而有效提高手术机器人的控制精度，提高系统安全性。

Description

探针装置、精度检测方法、精度检测系统及定位系统
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种探针装置、精度检测方法、精度检测系统及定位系统。
背景技术
在骨科医疗手术过程中，可利用手术机器人辅助术中的导向，因此导向件的精度是路径规划精度重要的一环。若导向件在运输、储存、消毒或使用过程中发生变形和磨损，会影响路径规划的准确性或精度。此外，导向件的变形和磨损也不容易发现，那么在术中导向件就不能准确移动至患者患处的预定方位处，会影响整个手术机器人的控制精度。
因此，亟需一种新的探针装置、精度检测方法、精度检测系统及定位系统。
发明内容
本发明实施例提供一种探针装置、精度检测方法、精度检测系统及定位系统，旨在检测导向件的精度。
本发明实施例一方面提供了一种探针装置，用于检测手术机器人定位系统的精度，探针装置包括：定位部，具有承载体，承载体承载有不共线的三个以上定位件；导向检测部，连接承载体，并与定位件具有第一预设位置关系，导向检测部具有与定位系统的导向件相互匹配的圆柱外轮廓结构。
本发明实施例另一方面还提供一种手术机器人定位系统精度检测方法，定位系统包括导向件和标定器，方法基于上述的探针装置，方法包括：
获取导向件的第一设定位置；
获取导向检测部和导向件相互配合时导向检测部的位置参数；
根据导向件的第一设定位置和导向检测部的位置参数确定导向件的精度。
本发明实施例又一方面还提供一种精度检测系统，用于检测手术机器人定位系统的精度，定位系统包括导向件和标定器，精度检测系统包括：
上述的探针装置；
获取装置，用于获取导向件的第一设定位置；
测位仪，用于获取导向检测部和导向件相互配合时导向检测部的位置参数；
计算装置，用于根据导向件的第一设定位置和导向检测部的位置参数确定导向件的精度。
本发明实施例再一方面还提供一种手术机器人定位系统，包括手术机器人、上位机、测位仪、导向件、标定器和上述的探针装置。
在本发明中探针装置具有定位部和导向检测部，定位部的承载体上设置有三个以上不共线的定位件，导向检测部和定位件之间具有第一预设位置关系，进而可以根据定位件确定导向检测部的空间位置，导向检测部通过其圆柱外轮廓结构能够与导向件相互配合，从而可以根据导向检测部的位置关系可以确定导向件的实际位置，通过对比导向件的实际位置和第一设定位置可以确定导向件的精度。因此，本发明的实施例能够精确检测导向件的精度，从而有效提高手术机器人的控制精度。
附图说明
通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1是本发明实施例的一种探针装置的结构示意图；
图2是本发明实施例的一种探针装置和导向件的配合结构示意图；
图3是本发明实施例的一种探针装置和标定器的配合结构示意图；
图4是图3中I处的局部放大图；
图5是本发明实施例的一种精度检测方法的流程示意图；
图6是本发明另一实施例的一种精度检测方法的流程示意图；
图7是本发明又一实施例的一种精度检测方法的流程示意图；
图8是本发明再一实施例的一种精度检测方法的流程示意图。
附图标记说明：
100、探针装置；
110、定位部；111、定位件；
120、导向检测部；
130、接触尖端；131、接触球体；
140、握柄；
200、导向件；
300、标定器；310、标志点。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本发明造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、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例中。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本发明的实施例的具体结构进行限定。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了更好地理解本发明，下面结合图1至图8根据本发明实施例的探针装置、精度检测方法、精度检测系统及定位系统进行详细描述。
请一并参阅图1和图2，图1为本发明第一实施例提供的一种探针装置100的结构示意图，图2为探针装置100和导向件200相互配合的结构示意图。探针装置100用于手术机器人的定位系统，手术机器人的定位系统一般包括导向件200、测位仪和标定器300等。探针装置100包括：定位部110，具有承载体，承载体承载有不共线的三个以上定位件111；导向检测部120，连接承载体，并与定位件111具有第一预设位置关系，导向检测部120具有与定位系统的导向件200相互匹配的圆柱外轮廓结构。
其中，承载体上定位件111的个数在此不做限定，定位件111可以为三个、四个或更多个，以图1为例，定位件111为四个，四个定位件111中至少三个定位件111不共线设置，令测位仪根据三个以上的定位件111能够确定导向检测部120的空间位置。
定位件111的具体设置方式在此不做限定，例如，定位件111可以为红外反光球，以反射红外线并被测位仪识别。或者定位件111为红外发射器，能够发射红外线，测位仪能够识别该红外线，从而识别定位件111。定位件111的设置方式不仅限于此，只要定位件111能够被测位仪识别即可。
在本发明中探针装置100具有定位部110和导向检测部120，定位部110的承载体上设置有三个以上不共线的定位件111，导向检测部120和定位件111之间具有第一预设位置关系，进而可以根据定位件111确定导向检测部120的空间位置，导向检测部120通过其圆柱外轮廓结构能够与导向件200相互配合，从而可以根据导向件200与导向检测部120的位置关系确定导向件200的实际位置，通过对比导向件200的实际位置和设定位置可以确定导向件200的精度。因此，本发明的实施例能够精确检测导向件200的精度，从而有效提高手术机器人的控制精度。
在探针装置100和手术机器人定位系统的使用过程中，定位系统能够控制导向件200移动至预设位置，当导向检测部120和导向件200相互配合时，根据导向检测部120的空间位置可以确定导向件200的实际位置，通过对比导向件200的实际位置和设定位置，从而能够确定导向件200的精度。因此在本发明中，通过探针装置100可以检测导向件200的精度，防止由于导向件200精度不足影响手术机器人的控制精度。
导向检测部120和导向件200相互配合的方式有多种，例如导向检测部120和导向件200相互贴合，此处为了保证导向检测部120和导向件200之间相互配合的更加紧密，导向检测部120与导向件200具有相互套设的配合关系。导向检测部120与导向件200中的一者为圆柱状体，另一者为与圆柱状体相匹配的套筒。
导向件200一般为导向筒，则导向检测部120可以呈圆柱状，并具有与导向筒相互配合的外周面，使得导向检测部120通过外周面能够和导向件200相互配合。
手术定位系统一般还包括标定器300，用于辅助手术机器人进行定位。标定器300的精度是手术路径规划精度的重要一环，如果标定器300在运输、储存、消毒或使用过程中发生变形和磨损，会影响路径规划的准确性或精度。而标定器300上设置有标志点310，标志点310的位置已知或者通过测量获取，例如，通过示踪器，示踪器和标志点310之间存在位置关系，定位系统可以通过侧位仪获取示踪器的位置从而获取标志点310的空间位置，从而获取标志点310的设定位置。
请一并参阅图3，在一些可选的实施例中，探针装置100还包括接触尖端130，接触尖端130连接定位部110并与定位件111具有第二预设位置关系，接触尖端130用于与定位系统中标定器300的标志点310接触以获取标志点310的位置信息。
在这些可选的实施例中，由于接触尖端130和定位件111之间存在第二预设位置关系，因此根据定位件111的空间位置可以确定接触尖端130的空间位置，接触尖端130和标志点310接触连接，根据接触尖端130的空间位置可以确定标志点310的实际位置。根据标志点310的实际位置和设定位置之间的对比，可以确定标志点310的精度，即标定器300的精度。因此在这些可选的实施例中，通过接触尖端130可以检测标定器300的精度。
请一并参阅图4，接触尖端130和标志点310相互接触连接的实施方式有多种，在一些可选的实施例中，接触尖端130的顶部具有接触球体131，接触尖端130通过接触球体131和标志点310相互接触连接。为了减小检测误差，接触球体131的半径大于或等于0.2mm，并小于或等于0.5mm。
在上述任一实施例中，接触尖端130和导向检测部120的相对位置在此不做限定，接触尖端130和导向检测部120可以分设于定位部110的两侧，或者如图1所示接触尖端130和导向检测部120位于定位部110的一侧，接触尖端130通过导向检测部120和定位部110相互连接。
在又一些可选的实施例中，探针装置100还包括握柄140，便于人工操作手持探针装置100。握柄140的设置位置在此不做限定，在一些可选的实施例中，握柄140连接于相邻的两个定位件111之间，从而能够有效减小探针装置100的体积，简化探针装置100的结构。
请一并参阅图5，本发明第二实施例还提供一种手术机器人定位系统的精度检测方法，定位系统包括导向件200和标定器300，导向件200用于为手术针导向，该方法基于上述任一第一实施例的探针装置100，方法包括：
步骤S01：获取导向件200的第一设定位置。
定位系统中一般包括上位机，上位机可以控制机械臂按照规划路径移动，从而带动导向件200移动。导向件200的位置可以预存于上位机中或者通过测量而获取，例如，通过设置示踪器，示踪器与导向件200具有预定位置关系，通过侧位仪获取示踪器的位置从而获取导向件200的位置。
步骤S02：获取导向检测部120和导向件200相互配合时导向检测部120的位置参数。
令导向检测部120和导向件200相互配合，根据定位件111及第一预设位置关系可以确定导向检测部120的位置参数。
步骤S03：根据导向件200的第一设定位置和导向检测部120的位置参数确定导向件200的精度。
其中，导向件200与导向检测部120之间的相互配合，根据导向检测部120位置参数可以确定导向件200的实际位置，对比导向件200的实际位置和第一设定位置(理论位置)可以确定导向件200的精度，因此根据导向检测部120的位置参数和第一设定位置可以确定导向件200的精度。
在本发明实施例中，可以通过步骤S01获取导向件200的第一设定位置，在步骤S02中，当导向检测部120和导向件200相互配合以后，可以通过三个以上的定位件111和第一预设位置关系确定导向检测部120的位置参数。在步骤S03中，通过比较导向件200第一设定位置和导向检测部120的位置参数可以确定导向件200的精度，从而确定定位系统的精度。
导向件200的第一设定位置可以为能够导出导向件200空间位置的导向件200上任意位置的设定位置。通常的导向件200呈圆筒状，在一些可选的实施例中，第一设定位置包括导向件200轴向上相对两端面的圆心位置，便于准确查找和定位导向件200的第一设定位置。其中，两端面圆心的连线定义为标志轴线。
导向检测部120的位置参数可以为导向检测部120上指定轴线的空间位置。由于导向件200和导向检测部120相互配合时存在配合位置关系，所以标志轴线和指定轴线的位置之间也存在配合位置关系。
通常的导向检测部120和导向件200的配合关系为相互套设的配合关系，此时导向检测部120的中心轴线和导向件200的中心轴线理论上应该相互重合，因此通过将导向检测部120上指定轴线设置为导向检测部120的中心轴线，此时中心轴线的位置即为标志轴线的实际位置，能够简化对比过程，根据两条轴线之间的位置关系更加容易确定导向件200的精度。
承载体和导向检测部120的相对位置关系不做限定，只要定位件111和导向检测部120之间存在第一预设位置关系即可。优选的，导向检测部120上的指定轴线(例如导向检测部120的中心轴线)和承载体可以共面，便于确定承载体和导向检测部120上指定轴线的相对位置关系。
获取导向检测部120和导向件200相互配合时导向检测部120位置参数的方式有多种，在一些可选的实施例中，步骤S02还包括：
步骤S021：导向检测部120和导向件200相互套设并贴合时，获取导向检测部120在导向件200上旋转形成多个旋转位置时，导向检测部120上指定轴线在多个旋转位置对应的n个轴线数据，其中，n大于或等于4。
步骤S022：从n个轴线数据中选取4个以上的轴线数据作为拟合数据。
步骤S023：将4个以上的拟合数据拟合形成拟合轴数据并作为导向检测部120的位置参数。
其中，将四个以上拟合数据拟合形成拟合轴数据方式有多种，例如四个以上的拟合数据选用最小二乘法拟合形成拟合轴数据。
在这些可选的实施例中，如果导向件200出现磨损或者变形，导向检测部120和导向件200无法完全贴合，即当导向检测部120在导向件200内旋转时，获取的导向检测部120的多个位置参数会不同，由此获取n个轴线数据。通过n个轴线数据中4个以上的拟合数据拟合形成拟合轴数据，能够减小检测误差，令检测结果更加精准。
导向检测部120的指定轴线和导向件200两端之间的距离应该满足检测偏差值。因此，为了进一步提高检测结果的精度，步骤S021还包括：
在导向检测部120和导向件200相互套设并贴合时，获取导向检测部120在导向件200上旋转形成多个旋转位置时，导向检测部120的指定轴线在多个旋转位置满足第一检测偏差值的n个轴线数据。
其中，满足检测偏差是指根据定位件110确定的导向检测部120指定轴线在多个旋转位置的实际位置到导向件第一设定位置两端点之间的距离小于或等于第一检测偏值。第一检测偏值的设定在此不做限定，例如第一检测偏值可以为3mm、2mm、1mm等。
导向件200一般为筒状、沿其轴向具有预设长度，其作用是为导针提供空间路径，因此最直接体现导向件200精度的是其轴线的位置。其中由于第一设定位置为导向件200的理论测量位置，因此第一设定位置一般为导向件200的轴线，当第一设定位置包括导向件200上相对两端面的圆心位置时，第一设定位置的两端点即导向件200上相对两端面的圆心。
指定轴线在多个旋转位置对应的所有轴线数据中，可能存在检测失误产生的无效数据，当这些轴线中到导向件200相对两端面的圆心距离过大时，这些数据可能为无效数据，本实施例仅获取这些轴线数据中到第一设定位置两端点的距离小于第一检测偏值的n个轴线数据，能够剔除这些无效数据，进一步提高导向件200的检测精度。
在另一些可选的实施例中，为了进一步提高检测结果的准确性，步骤S02还包括：
S024：确定n个轴线数据中除拟合数据以外的数据为检测数据。
S025：确定检测数据中与拟合轴数据的距离满足第一预设距离阈值和夹角满足预定夹角阈值的轴线数据数量m。
S026：在第一预设时间段内从n个轴线数据中分别选取不同的拟合数据拟合形成多个拟合轴数据，并根据多个拟合轴数据和与其对应的检测数据确定多个m的值。
S027：选取多个m值中的最大值mmax，并确定最大值mmax对应的拟合轴数据为标准轴数据并作为导向检测部120的位置参数。
标准轴数据对应的m最大，表示多个检测数据到标准轴数据之间的距离满足第一预设距离阈值距离和夹角满足预定夹角阈值的最多，则该标准轴数据最接近导向件200的实际位置。根据该标准轴数据确定的误差较小，能够进一步提高检测结果的准确性。
以图6所示的流程图为例，简述使用该方法检测导向件200的具体步骤，包括：
第一步：获取导向件200的第一设定位置。
第二步，导向检测部120和导向件200相互套设，并旋转导向检测部120形成多个旋转位置，获取导向检测部120的指定轴线在多个旋转位置的n个满足检测偏差值的轴线数据，其中，n大于或等于4。
指定轴线为导向检测部120的中心轴线，第一设定位置包括导向件200相对两端面的圆心位置，指定轴线和导向件200两端面的圆心的连线，即导向件200的轴线理论上重合。此时指定轴线的n个轴线数据对应导向件200的n个实际轴线数据。
第三步，开始计时，并记录开始时间。通过计时控制计算的有穷性，从而合理控制精度检测的周期。
第四步，从n个轴线数据中选取4个以上的轴线数据作为拟合数据，并确定n个轴线数据中除拟合数据以外的数据为检测数据。
第五步，将4个以上的拟合数据拟合形成拟合轴数据。
第六步，确定检测数据中与拟合轴数据的夹角和距离满足第一预设距离阈值和预定夹角阈值的轴线数据数量m。
第七步，确定当前时间，并确定当前时间到开始时间的时间间隔是否满足第一预设时间段。
当时间间隔小于第一预设时间段时，重复步骤第四步、第五步、第六步。当时间间隔大于或等于预设时间段时，已经获取多个m值，进行第八步。
第八步，选取多个m值中的最大值mmax，并确定最大值mmax对应的拟合轴数据为标准轴数据，导向检测部120的位置参数为标准轴数据。
第九步，根据导向件200的第一设定位置和导向检测部120的位置参数确定导向件200的精度。例如，可以计算导向件200的中线点到标准轴的距离，从而衡量定位系统的精度。
请一并参阅图7，在一些可选的实施例中，探针装置100还包括和标定器300连接的接触尖端130，接触尖端130和定位件111之间存在第二预设位置关系，方法进一步还包括：
步骤S01’：获取标定器300上标志点310的第二设定位置。
其中，第二设定位置为标志点310的理论测量位置，可以预存于上位机中，或者通过与标定器300具有预定位置关系的示踪器而获取，具体为通过侧位仪获取示踪器的空间位置，从而获取标定器300的空间位置。
步骤S02’：获取接触尖端130和标志点310接触时接触尖端130的空间位置。
根据定位件111和第二预设位置关系可以确定接触尖端130的空间位置。
步骤S03’：根据标志点310的第二设定位置和接触尖端130的空间位置确定标定器300的精度。
由于接触尖端130和标志点310直接接触连接，可以认为接触尖端130的空间位置即为标志点310的实际位置。因此在步骤S03’中通过比较标志点310的第二设定位置和实际位置能够精确确定标定器300的精度。
在一些可选的实施例中，为了提高检测结果的准确性，步骤S02’还包括：
S021’：获取接触尖端130和标志点310在多个接触位置的p个空间位置数据，其中，p大于或等于4。
S022’：从p个空间位置数据中选取4个以上的空间位置数据作为拟合点数据。
S023’：将4个以上的拟合点数据进行拟合形成虚拟球并作为接触尖端130的空间位置。
其中根据多个接触位置获取的多个空间位置中，有的空间位置到标志点310中心即第二设定位置的距离大于或等于第二检测偏差值，为了进一步提高检测结果的准确性，当根据多个接触位置确定多个接触尖端130的空间位置后，剔除不满足第二检测偏差值的空间位置，从而保留满足第二检测偏差值的p个空间位置数据。因此，在一些可选的实施例中，步骤021’还包括:
获取接触尖端130和标志点310在多个接触位置的所有空间位置数据中，到第二设定位置的距离小于第二检测偏差值的p个空间位置数据。
第二检测偏差值的设置方式有多种，例如第二预设距离值可以为1mm、2mm、4mm、5mm、6mm等。
进一步的为了提高检测结果，步骤S02’还包括：
S024’：确定p个空间位置数据中除拟合点数据以外的空间位置数据为检测点数据。
S025’：确定多个检测点数据与虚拟球之间的距离满足第二预设距离阈值的检测点数据的个数q。
S026’：在第二预设时间段内由p个空间位置数据中分别选取不同的拟合点数据拟合形成多个虚拟球，并根据多个虚拟球和与其对应的检测点数据确定多个q的值。
S027’：选取多个q值中的最大值qmax，并确定最大值qmax对应的虚拟球为标准球并作为接触尖端130的空间位置。
当虚拟球对应的检测点较多时，表示虚拟球越接近标志点310的实际位置，将最大值qmax对应的虚拟球作为标准球，且接触尖端130的空间位置设置为标准球的空间位置能够进一步提高检测结果。
其中，拟合形成虚拟球的方式有多种，例如利用最小二乘法将四个以上的拟合点数据拟合形成虚拟球。
下面以图8为例，简述该方法检测标定器300时的检测步骤：
第一步：获取标定器300上标志点310的第二设定位置。
第二步，获取所述接触尖端130和所述标志点310在多个接触位置的满足检测偏差值的p个空间位置数据，p大于或等于4。
第三步，开始计时，并记录开始时间。通过计时控制计算的有穷性，从而合理控制精度检测的周期。
第四步，从p个空间位置数据中选取4个以上的空间位置数据作为拟合点数据，确定p个空间位置数据中除拟合点数据以外的空间位置数据为检测点数据。
第五步，将四个以上的拟合点数据拟合形成虚拟球。
第六步，确定多个检测点数据与虚拟球之间的距离满足第二预设距离阈值的检测点数据的个数q。
第七步，确定当前时间，并确定当前时间到开始时间的时间间隔是否满足第二预设时间段。
当时间间隔小于第二预设时间段时，重复步骤第四步、第五步、第六步。当时间间隔大于或等于第二预设时间段时，已经获取多个q值，进行第八步。
第八步，选取多个q值中的最大值qmax，并确定最大值qmax对应的虚拟球为标准球。
第九步，根据标志点310的第二设定位置和标准球的空间位置确定标定器300的精度。
本发明第三实施例还提供一种术机器人定位系统的精度检测系统，定位系统包括导向件200和标定器300，精度检测系统包括：上述任一第一实施例的探针装置100；
获取装置，用于获取导向件200的第一设定位置；
测位仪，用于获取导向检测部120和导向件200相互配合时导向检测部120的位置参数；
计算装置，用于根据导向件200的第一设定位置和导向检测部120的位置参数确定导向件200的精度。
在本发明实施例的精度检测系统中，采用了上述任一第一实施例的探针装置100，探针装置100具有定位部110和导向检测部120，定位部110的承载体上设置有三个以上不共线的定位件111，根据三个以上的定位件111可以确定承载体的空间位置。通过获取装置能够获取导向件200的第一设定位置，即导向件200的预设位置；测位仪能够获取导向检测部120的位置参数；导向检测部120通过其圆柱外轮廓结构能够于导向件200相互配合，从而可以根据导向检测部120的位置关系确定导向件200的实际位置；计算装置通过对比导向件200的第一设定位置和导向检测部120的位置参数，即导向件200的预设位置和实际位置可以确定导向件200的精度。因此，本发明的实施例能够自动精确检测导向件200的精度，从而有效提高手术机器人的控制精度。
在一些可选的实施例中，探针装置100还包括接触尖端130，接触尖端130连接定位部110并与定位件111具有第二预设位置关系；获取装置还用于获取标定器300上标志点310的第二设定位置；测位仪还用于获取接触尖端130和标志点310接触时接触尖端130的空间位置；计算装置还用于根据第二设定位置和接触尖端130的空间位置确定标定器300的精度。因此在这些可选的实施例中，通过设置探针装置100还能够检测标定器300的精度。
在一些可选的实施例中，为了能够实现全自动的精度检测，获取装置还包括示踪器，示踪器用于和测位仪配合获取导向件200和标定器300的设定位置。
在这些可选的实施例中，通过设置示踪器，示踪器和导向件200或者标定器300之间存在预设的位置关系，测位仪通过获取示踪器的位置进而可以获取导向件200和标定器300的设定位置。
在精度检测系统使用的过程中，示踪器和导向件200和/或标定器300之间存在预设的位置关系，当导向件200和/或标定器300发生磨损或变形以后，示踪器和导向件200和/或标定器300之间的预设位置会改变，测位仪能够通过示踪器获取导向件200和/或标定器300的设定位置，同时还能够获取导向检测部120和/或接触尖端130的空间位置，导向检测部120和/或接触尖端130的空间位置即导向件200和/或标定器300的实际位置，计算装置通过对比导向件200和/或标定器300的设定位置与实际位置能够准确测定导向件200和/或标定器300的精度。
本发明第四实施例还提供一种定位系统，包括手术机器人、上位机、测位仪、导向件200、标定器300和上述任一第一实施例的探针装置100。
在骨科医疗手术过程中，导向件200和标定器300用于辅助手术机器人进行术中的导向和定位，上位机用于控制手术机器人带动导向件200和标定器300移动，测位仪用于获取导向件200和标定器300的设定位置，测位仪还用于识别三个以上的定位件111并根据三个以上的定位件111确定承载体的空间位置；从而进一步确定导向检测部120的空间位置。
测位仪的设置方式有多种，测位仪可以为红外接收器，以接收与定位件111具有预设位置关系的示踪器发射的红外信号，或者测位仪包括红外接收器和红外发射器，示踪器为红外反射器，红外发射器发射红外信号，示踪器反射红外信号，红外接收器用于接收定位件111反射的红外信号等。
标定器300的设置方式有多种，在一些可选的实施例中，标定器300上设置有标志点310，标定器300主体为透X光材料，标志点310为不透X光的材料，从而在图像注册时能够在图像上确定标志点310的位置。
此外，标定器300上还设置有位置标定器(如示踪器)，位置标定器和标志点310之间具有预定的位置关系，测位仪可以获取位置标定器的空间位置坐标，从而可以确定标志点310的目标位置，即标志点310的空间坐标。
本发明可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明的范围之中。

Claims (17)

1.一种探针装置，用于检测手术机器人定位系统的精度，其特征在于，所述探针装置包括：
定位部，具有承载体，所述承载体承载有不共线的三个以上定位件；
导向检测部，连接所述承载体，并与所述定位件具有第一预设位置关系，所述导向检测部具有与所述定位系统的导向件相互匹配的圆柱外轮廓结构。
2.根据权利要求1所述的探针装置，其特征在于，所述探针装置还包括接触尖端，所述接触尖端连接所述定位部并与所述定位件具有第二预设位置关系，所述接触尖端用于与所述定位系统中标定器的标志点接触以获取所述标志点的位置信息。
3.根据权利要求2所述的探针装置，其特征在于，所述接触尖端连接于所述导向检测部远离所述定位部的一侧，或者所述定位部连接于所述导向检测部和所述接触尖端之间。
4.根据权利要求2所述的探针装置，其特征在于，所述接触尖端远离所述定位部的一端设置有接触球体，所述接触球体的半径大于或等于0.2mm，并小于或等于0.5mm。
5.一种手术机器人定位系统的精度检测方法，所述定位系统包括导向件和标定器，所述方法基于权利要求1-4任一项所述的探针装置，其特征在于，所述方法包括：
获取所述导向件的第一设定位置；
获取所述导向检测部和所述导向件相互配合时所述导向检测部的位置参数；
根据所述导向件的第一设定位置和所述导向检测部的位置参数确定所述导向件的精度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述导向件的第一设定位置包括所述导向件轴向上相对两端面的圆心位置。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述获取所述导向检测部和所述导向件相互配合时所述导向检测部的位置参数的步骤包括：
所述导向检测部和所述导向件相互套设并贴合时，获取所述导向检测部在所述导向件上旋转形成多个旋转位置时，所述导向检测部上指定轴线在所述多个旋转位置对应的n个轴线数据，其中，n大于或等于4；
从所述n个轴线数据中选取4个以上的轴线数据作为拟合数据；
将4个以上的所述拟合数据拟合形成拟合轴数据并作为所述导向检测部的位置参数。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述导向检测部和所述导向件相互套设并贴合时，获取所述导向检测部在所述导向件上旋转形成多个旋转位置时，所述导向检测部上指定轴线在所述多个旋转位置对应的n个轴线数据的步骤包括：
所述导向检测部和所述导向件相互套设并贴合，获取所述导向检测部在所述导向件上旋转形成多个旋转位置时，所述导向检测部上指定轴线在所述多个旋转位置的满足第一检测偏差值的n个轴线数据。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述获取所述导向检测部和所述导向件相互配合时所述导向检测部的位置参数的步骤还包括：
确定所述n个轴线数据中除所述拟合数据以外的数据为检测数据；
确定所述检测数据中与所述拟合轴数据的距离满足第一预设距离阈值和夹角满足预定夹角阈值的轴线数据数量m；
在第一预设时间段内从所述n个轴线数据中分别选取不同的所述拟合数据拟合形成多个所述拟合轴数据，并根据多个所述拟合轴数据和与其对应的所述检测数据确定多个m的值；
选取多个m值中的最大值mmax，并确定所述最大值mmax对应的拟合轴数据为标准轴数据并作为所述导向检测部的位置参数。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
获取所述标定器上标志点的第二设定位置；
获取所述接触尖端和所述标志点接触时所述接触尖端的空间位置；
根据所述标志点的第二设定位置和所述接触尖端的空间位置确定所述标定器的精度。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述获取所述接触尖端和所述标志点接触时所述接触尖端的空间位置的步骤包括：
获取所述接触尖端和所述标志点在多个接触位置的p个空间位置数据，其中，p大于或等于4；
从所述p个空间位置数据中选取4个以上的空间位置数据作为拟合点数据；
将4个以上的所述拟合点数据进行拟合形成虚拟球并作为所述接触尖端的空间位置。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述获取所述接触尖端和所述标志点在多个接触位置的p个空间位置数据的步骤包括：
获取所述接触尖端和所述标志点在多个接触位置的满足第二检测偏差值的p个空间位置数据。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，获取所述接触尖端和所述标志点接触时所述接触尖端的空间位置的步骤还包括：
确定所述p个空间位置数据中除所述拟合点数据以外的空间位置数据为检测点数据；
确定多个所述检测点数据与所述虚拟球之间的距离满足第二预设距离阈值的检测点数据的个数q；
在第二预设时间段内由所述p个空间位置数据中分别选取不同的拟合点数据拟合形成多个所述虚拟球，并根据多个所述虚拟球和与其对应的所述检测点数据确定多个q的值；
选取多个q值中的最大值qmax，并确定所述最大值qmax对应的虚拟球为标准球并作为所述接触尖端的空间位置。
14.一种精度检测系统，用于检测手术机器人定位系统的精度，所述定位系统包括导向件和标定器，其特征在于，所述精度检测系统包括：
权利要求1-4任一项所述的探针装置；
获取装置，用于获取所述导向件的第一设定位置；
测位仪，用于获取所述导向检测部和所述导向件相互配合时所述导向检测部的位置参数；
计算装置，用于根据所述导向件的第一设定位置和所述导向检测部的位置参数确定所述导向件的精度。
15.根据权利要求14所述的精度检测系统，其特征在于，
所述探针装置还包括接触尖端，所述接触尖端连接所述定位部并与所述定位件具有第二预设位置关系；
所述获取装置还用于获取所述标定器上标志点的第二设定位置；
所述测位仪还用于获取所述接触尖端和所述标志点接触时所述接触尖端的空间位置；
所述计算装置还用于根据所述第二设定位置和所述接触尖端的空间位置确定所述标定器的精度。
16.根据权利要求14所述的精度检测系统，其特征在于，所述获取装置包括示踪器，所述示踪器用于与所述侧位仪配合获取所述导向件、所述标定器的设定位置。
17.一种手术机器人的定位系统，其特征在于，包括手术机器人、上位机、测位仪、导向件、标定器和权利要求1-4任一项所述的探针装置。
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