[发明专利]一种用于口腔种植机器人的精确定位及智能导航方法

权利要求书

1.一种用于口腔种植机器人的精确定位及智能导航方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)数字化种植牙方案的规划

针对待种植的上颌或者下颌为部分牙缺失的患者，获取患者口腔的CBCT影像以及口内石膏取模或口内扫描数据，进行口腔三维模型的重建，根据模型数据，利用数字化种植软件完成种植体在颌骨模型中的摆放，确定种植体数目、位置、角度、深度等参数，获得三维种植方案；

(2)设计定位标志器的个性化固定结构

根据步骤(1)的三维种植方案，利用数字化种植软件(中的导板生成功能，在余留牙上生成无倒凹的牙套结构，作为用于定位标志器与患者口腔固定的个性化固定结构；

(3)设计定位标志器的标准定位支架

利用三维建模软件设计口外定位支架，支架上带有一组定位孔，用于协作型机器人以拖动方式接触定位，并计算出患者口腔部位的实时位置坐标，用于对光学定位系统的修正；同时，定位孔也可以用于安装视觉识别的定位标志点，定位支架设计成标准结构，提供不同尺寸大小的几组供选用，以STL文件保存，同时构建一个二维棋盘格图像三维模型；

(4)定位标志器生成

在种植方案设计软件中，根据患者数据三维重建模型的相关尺寸大小调用预先设计好的标准定位支架和二维棋盘格图像三维模型，调整它们到适合机器人定位和手术操作的位置，并将标准定位支架与定位标志器的个性化固定结构相连接，与插在标准定位支架的定位孔中的二维棋盘格一起形成完整的定位标志器支架三维结构，导出模型数据，最后进一步利用SLA打印出实物，并将二维棋盘格图像的实物板插入标志器支架孔中，检查相互位置的准确性；

(5)三维种植方案中的种植体位置坐标获取

在种植方案设计软件中，基于定位标志器构建口腔局部坐标系，并获取三维种植方案中的种植体根部末端位置坐标和顶部植入位置坐标，计算出种植体的植入角度，从而获得完整的窝洞制备位姿坐标，进一步以齐次矩阵形式记录，并作为目标点，编写在运动路径中；

(6)口腔碰撞模型的构建

将包括种植方案和定位标志器的口腔三维模型、种植机器人、末端执行器导入到机器人仿真系统中建立机器人种植牙手术仿真场景，将口腔三维模型、种植机器人等障碍物设定为碰撞模型，避免机器人实施种植牙过程损伤口腔组织；

(7)实际场景坐标系构建及校正

进一步在实际场景中，将定位标志器通过个性化固定结构安装在患者的牙齿上并固定，并保证二维棋盘格插入标准定位支架的定位孔中时具有与三维模型中一样的位置，采用双目视觉光学测量仪测量二维棋盘格上的标志点，根据标志点位置计算出定位支架在机器人全局坐标系下的光学测量坐标；拖动机器人使其末端与定位支架上的定位孔接触，获得定位支架的接触测量坐标；将定位支架的光学测量坐标与接触测量坐标进行比较，以接触测量坐标为标准值，获得光学定位系统校正的补偿矩阵，对光学定位系统进行校正；

(8)机器人运动路径规划及离线编程

通过获取到的实际场景坐标系及窝洞制备位姿坐标，计算机器人末端执行器在全局坐标下的最终目标位姿，设定机器人运动路点，进一步利用运动规划算法库中的运动规划算法，规划出合理的手术路径完成机器人运动路径规划及离线编程；

(9)机器人种植手术操作

机器人根据离线编程的路径规划，在光学定位导航系统的引导下，完成手术操作，术中，患者如果需要闭口休息时，则可以中断手术操作，继续操作时，通过光学定位系统，获取患者口腔张口情况和口腔位置，在已规划路径基础上进行路径的动态修改，引导机器人末端执行器安全运动，从而完成种植手术。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

(9)术中种植方案调整

如果术中遇到意外情况，需要临时调整手术方案时，则由医生拖动机器人确定新的种植位置和末端执行器位姿，并重新拖动机器人设定经过的路点，并利用运动规划算法库中的路径规划算法，获得机器人新的运动路径，进而引导机器人完成新的手术操作。