本發(fā)明涉及椎板磨削手術(shù)設(shè)備，尤其涉及一種骨質(zhì)磨削機(jī)器人、椎板磨削手術(shù)機(jī)器人控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

椎板減壓手術(shù)通過擴(kuò)大空間來釋放被壓迫的脊神經(jīng)，恢復(fù)其功能，已廣泛應(yīng)用于治療患有腰間盤突出和腰椎管狹窄癥的患者。椎板減壓手術(shù)成功的關(guān)鍵在于如何保證合適的椎板剩余量。過小的椎板剩余量可能會破壞椎管中的脊神經(jīng)，而過大又無法達(dá)到脊神經(jīng)減壓的效果。術(shù)中，醫(yī)生需要長時(shí)間在狹小的空間內(nèi)完成多個(gè)手術(shù)操作，所以一般的醫(yī)生難以實(shí)現(xiàn)。而且，由于椎板的特殊位置，所以椎板減壓手術(shù)對手術(shù)的精度、安全性要求非常高。椎板減壓手術(shù)一直被認(rèn)為是高風(fēng)險(xiǎn)骨科手術(shù)之一。

隨著計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)以及醫(yī)學(xué)科學(xué)的迅猛發(fā)展，各種計(jì)算機(jī)輔助醫(yī)療技術(shù)和設(shè)備正在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用。相比于醫(yī)生手工操作，計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)系統(tǒng)在某些方面具有極大的優(yōu)勢。機(jī)器人高精確的定位可以改善過去醫(yī)生單憑主觀判斷和手術(shù)經(jīng)驗(yàn)來完成手術(shù)操作的狀況。機(jī)器人代替醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)可以避免外科醫(yī)生長時(shí)間手術(shù)而帶來的疲勞，以及可能造成外科醫(yī)生手臂顫動。而且機(jī)器人還具有穩(wěn)定高性、不怕輻射和感染等特點(diǎn)。使用高精度的計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行脊椎磨削操作可以有效地避免因醫(yī)生操作疲勞而造成手術(shù)失敗，從而提高手術(shù)的精度和降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)

現(xiàn)有技術(shù)中，中國專利201010557067.7中提出一種六自由度頸椎骨磨削并聯(lián)機(jī)器人，采用六自由度的并聯(lián)機(jī)器人完成人工頸椎間盤置換手術(shù)中假體和骨配合面的定位和磨削操作，但是該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并聯(lián)機(jī)械臂剛度不足，誤差較大。國外專利中，專利US2002/0038118中所涉及到的一種并聯(lián)導(dǎo)向裝置及其計(jì)算機(jī)輔助定位系統(tǒng)，起導(dǎo)向定位裝置體積較小，能夠固定在患者脊柱上，但該裝置只具備導(dǎo)向作用，無法自主進(jìn)行手術(shù)操作，從而限制了其臨床應(yīng)用?，F(xiàn)有的手術(shù)機(jī)器人控制方法多種多樣，如中國專利201010577915.0一種椎板減壓脊柱手術(shù)機(jī)械臂，它由連接固定機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)構(gòu)、刀具旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向保護(hù)托、環(huán)形水幕機(jī)構(gòu)等組成，該構(gòu)型機(jī)械臂能自動適應(yīng)椎板下表面凸凹變化直接進(jìn)行椎板全厚度切除，但這是一種半自動化的切除方式，缺乏自動化控制能力。

由此可見，現(xiàn)有的椎板磨削手術(shù)設(shè)備普遍存在系統(tǒng)復(fù)雜、手術(shù)精度低、缺乏自動控制性能，使得醫(yī)生的工作強(qiáng)度較高，同時(shí)，骨鉆在骨質(zhì)內(nèi)的磨削位置難以確定，因而無法保證手術(shù)的準(zhǔn)確性和安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、可簡化運(yùn)算處理過程、可判斷磨削深度，進(jìn)而提高手術(shù)精度，降低醫(yī)生的工作強(qiáng)度，并提高手術(shù)準(zhǔn)確性與安全性的骨質(zhì)磨削機(jī)器人、椎板磨削手術(shù)機(jī)器人控制系統(tǒng)及方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。

一種骨質(zhì)磨削機(jī)器人，其包括有：一骨鉆，用于磨削病灶骨質(zhì)；一機(jī)械臂，用于驅(qū)使骨鉆運(yùn)動；一多維力傳感器，用于采集骨鉆磨削病灶骨質(zhì)時(shí)所產(chǎn)生的作用力；一機(jī)器人控制器，所述骨鉆、機(jī)械臂和多維力傳感器分別電性連接于機(jī)器人控制器，其中：所述機(jī)器人控制器用于將多維力傳感器采集的作用力分解為沿病灶骨質(zhì)切面的切向力和沿骨鉆軸心的軸向力，以及用于控制機(jī)械臂的運(yùn)動姿態(tài)，以令所述切向力保持在預(yù)設(shè)值，并根據(jù)軸向力的力值得出骨鉆對病灶骨質(zhì)的磨削深度位置。

優(yōu)選地，所述機(jī)器人控制器包括力學(xué)處理單元和模糊控制器，所述力學(xué)處理單元用于將多維力傳感器采集的作用力分解為沿病灶骨質(zhì)切面的切向力和沿骨鉆軸心的軸向力；所述模糊控制器用于將力學(xué)處理單元分解得出的切向力進(jìn)行模糊運(yùn)算，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整機(jī)械臂的運(yùn)動姿態(tài)，以令所述切向力保持在預(yù)設(shè)值。

優(yōu)選地，所述多維力傳感器為六維力傳感器。

優(yōu)選地，還包括有一浮動支架，所述機(jī)械臂設(shè)于浮動支架上，所述浮動支架對所述機(jī)械臂進(jìn)行定位和支撐。

一種椎板磨削手術(shù)機(jī)器人控制系統(tǒng)，其包括有：骨質(zhì)磨削機(jī)器人；一手術(shù)床，設(shè)于所述機(jī)械臂下方；一掃描裝置，用于對人體脊柱進(jìn)行掃描而獲得CT影像，以呈現(xiàn)人體脊柱上的病灶骨質(zhì)；一靶點(diǎn)定位裝置，用于采集骨鉆和病灶骨質(zhì)的空間位置信息；一圖像導(dǎo)航控制器，所述骨質(zhì)磨削機(jī)器人、掃描裝置和紅外光學(xué)定位儀分別電性連接于圖像導(dǎo)航控制器，所述圖像導(dǎo)航控制器用于接收所述CT影像和空間位置信息，以及生成磨削路徑信息并發(fā)送至所述骨質(zhì)磨削機(jī)器人，所述骨質(zhì)磨削機(jī)器人按照該磨削路徑信息而磨削椎板。

優(yōu)選地，所述掃描裝置為C形臂。

優(yōu)選地，所述靶點(diǎn)定位裝置為紅外線定位儀。

一種椎板磨削手術(shù)機(jī)器人控制方法，該方法基于一系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，所述系統(tǒng)包括有一骨質(zhì)磨削機(jī)器人、一手術(shù)床、一掃描裝置、一靶點(diǎn)定位裝置及一圖像導(dǎo)航控制器，所述骨質(zhì)磨削機(jī)器人包括有一骨鉆、一機(jī)械臂、一多維力傳感器及一機(jī)器人控制器，所述方法包括如下步驟:步驟S1，利用所述掃描裝置對手術(shù)床上的病人人體脊柱進(jìn)行掃描而獲得CT影像，以呈現(xiàn)人體脊柱上的病灶骨質(zhì)；步驟S2，利用靶點(diǎn)定位裝置采集骨鉆和病灶骨質(zhì)的空間位置信息；步驟S3，結(jié)合所述CT影像和所述空間位置信息，在圖像導(dǎo)航控制器上生成磨削路徑信息；步驟S4，所述圖像導(dǎo)航控制器將磨削路徑信息發(fā)送至骨質(zhì)磨削機(jī)器人；步驟S5，所述機(jī)器人控制器控制控制機(jī)械臂按所述磨削路徑信息運(yùn)動；步驟S6，所述多維力傳感器采集骨鉆磨削病灶骨質(zhì)時(shí)所產(chǎn)生的作用力，并將該作用力上傳至機(jī)器人控制器；步驟S7，所述機(jī)器人控制器將多維力傳感器采集的作用力分解為沿病灶骨質(zhì)切面的切向力和沿骨鉆軸心的軸向力；步驟S8，所述機(jī)器人控制器控制機(jī)械臂的運(yùn)動姿態(tài)，以令所述切向力保持在預(yù)設(shè)值，并根據(jù)軸向力的力值得出骨鉆對病灶骨質(zhì)的磨削深度位置。

優(yōu)選地，所述機(jī)器人控制器包括力學(xué)處理單元和模糊控制器，所述力學(xué)處理單元用于將多維力傳感器采集的作用力分解為沿病灶骨質(zhì)切面的切向力和沿骨鉆軸心的軸向力；所述模糊控制器用于將力學(xué)處理單元分解得出的非線性切向力進(jìn)行模糊運(yùn)算，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整機(jī)械臂的運(yùn)動姿態(tài)，以令所述切向力保持在預(yù)設(shè)值。

優(yōu)選地，所述機(jī)器人控制器預(yù)置有軸向力參數(shù)，所述軸向力參數(shù)包括有對應(yīng)外層骨皮質(zhì)的力值、對應(yīng)骨松質(zhì)層的力值和對應(yīng)內(nèi)層骨皮質(zhì)層的力值，所述機(jī)器人控制器將所述軸向力參數(shù)與所述力學(xué)處理單元分解得出的軸向力作對比，進(jìn)而判斷骨鉆的磨削位置，并且當(dāng)所述骨鉆磨削至內(nèi)層骨皮質(zhì)層時(shí)，控制骨鉆停止磨削。

本發(fā)明公開的骨質(zhì)磨削機(jī)器人、椎板磨削手術(shù)機(jī)器人控制系統(tǒng)及方法中，利用多維力傳感器采集骨鉆磨削病灶骨質(zhì)時(shí)所產(chǎn)生的作用力，機(jī)器人控制器基于該作用力可實(shí)現(xiàn)對機(jī)械臂的閉環(huán)控制，所述機(jī)器人控制器接收到作用力后，即根據(jù)作用力的大小方向，以及骨鉆與病灶骨質(zhì)之間的幾何關(guān)系，分解得出切向力和軸向力，所述機(jī)器人控制器對機(jī)械臂進(jìn)行控制的過程中，令所述切向力保持在預(yù)設(shè)值，只需針對軸向力進(jìn)行運(yùn)算、處理，并且僅調(diào)整骨鉆的軸向位移即能控制病灶骨質(zhì)的磨削深度位置，從而完成骨質(zhì)磨削手術(shù)。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)而言，避免了直接對多維作用力進(jìn)行復(fù)雜處理，因而大大簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)算過程，使得機(jī)器人控制器的處理速度和控制精度得以提高，同時(shí)，由于骨質(zhì)在不同層次、位置的骨密度不同，因此磨削時(shí)所產(chǎn)生的軸向力也不同，基于該原理，本發(fā)明僅根據(jù)軸向力的力值即可得出骨鉆的磨削深度位置，使得手術(shù)精度更高，從而提高了手術(shù)的準(zhǔn)確性與安全性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明椎板磨削手術(shù)機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成框圖。

圖2為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中骨質(zhì)磨削機(jī)器人的結(jié)構(gòu)圖。

圖3為骨鉆磨削病灶骨質(zhì)時(shí)的力學(xué)關(guān)系示意圖。

圖4為本發(fā)明椎板磨削手術(shù)機(jī)器人控制方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作更加詳細(xì)的描述。

本發(fā)明公開了一種骨質(zhì)磨削機(jī)器人，結(jié)合圖1至圖3所示，其包括有一骨鉆101、一機(jī)械臂102、一多維力傳感器103及一機(jī)器人控制器104，其中：

所述骨鉆101用于磨削病灶骨質(zhì)110；

骨鉆101設(shè)置于機(jī)械臂102的末端，所述機(jī)械臂102用于驅(qū)使骨鉆101運(yùn)動；

所述多維力傳感器103用于采集骨鉆101磨削病灶骨質(zhì)110時(shí)所產(chǎn)生的作用力；多維力傳感器103可以設(shè)置于骨鉆101上，或設(shè)置于骨鉆101與機(jī)械臂102之間等等。

所述骨鉆101、機(jī)械臂102和多維力傳感器103分別電性連接于機(jī)器人控制器104，其中：

機(jī)器人控制器104用于將多維力傳感器103采集的作用力分解為沿病灶骨質(zhì)110切面的切向力F1和沿骨鉆101軸心的軸向力F2；

所述機(jī)器人控制器104進(jìn)一步用于控制機(jī)械臂102的運(yùn)動姿態(tài)，以令所述切向力F1保持在預(yù)設(shè)值，并根據(jù)軸向力F2的力值得出骨鉆101對病灶骨質(zhì)110的磨削深度位置。

磨削深度位置從外向內(nèi)依次包括外皮骨皮層、骨松層和內(nèi)層骨皮層。

上述骨質(zhì)磨削機(jī)器人中，利用多維力傳感器103采集骨鉆101磨削病灶骨質(zhì)110時(shí)所產(chǎn)生的作用力，機(jī)器人控制器104基于該作用力可實(shí)現(xiàn)對機(jī)械臂102的閉環(huán)控制，所述機(jī)器人控制器104接收到作用力后，對其進(jìn)行分解，請參照圖3，即根據(jù)作用力的大小方向，以及骨鉆101與病灶骨質(zhì)110之間的幾何關(guān)系，分解得出切向力F1和軸向力F2，所述機(jī)器人控制器104對機(jī)械臂102進(jìn)行控制的過程中，令所述切向力F1保持在預(yù)設(shè)值，只需針對軸向力F2進(jìn)行運(yùn)算、處理，并且僅調(diào)整骨鉆101的軸向位移即能控制病灶骨質(zhì)110的磨削深度，從而完成骨質(zhì)磨削手術(shù)。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)而言，避免了直接對多維作用力進(jìn)行復(fù)雜處理，因而大大簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)算過程，使得機(jī)器人控制器104的處理速度和控制精度得以提高，同時(shí)，由于骨質(zhì)在不同層次、位置的骨密度不同，因此磨削時(shí)所產(chǎn)生的軸向力也不同，基于該原理，本發(fā)明僅根據(jù)軸向力F2的力值即可得出骨鉆101的磨削深度位置，使得手術(shù)精度更高，從而提高了手術(shù)的準(zhǔn)確性與安全性。

數(shù)據(jù)處理過程中，由于多維力傳感器103采集的作用力實(shí)時(shí)變化，因而機(jī)器人控制器104需要對大量非線性的切向力F1值進(jìn)行運(yùn)算，方可實(shí)現(xiàn)對切向力的恒力控制，為簡化運(yùn)算過程，本實(shí)施例優(yōu)選采用模糊控制方式，具體是指，所述機(jī)器人控制器104內(nèi)置有模糊控制器106，所述模糊控制器106用于將力學(xué)處理單元105分解得出的非線性切向力F1進(jìn)行模糊運(yùn)算，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整機(jī)械臂102的運(yùn)動姿態(tài)，以令所述切向力F1保持在預(yù)設(shè)值。

上述力學(xué)處理單元105和模糊控制器106均為機(jī)器人控制器104編程的程序模塊，用以實(shí)現(xiàn)上述運(yùn)算功能。

作為一種優(yōu)選方式，所述多維力傳感器103為六維力傳感器。即能夠采集六個(gè)方向的力矩分量。

本實(shí)施例中，骨質(zhì)磨削機(jī)器人100還包括有浮動支架107和電機(jī)驅(qū)動裝置(未標(biāo)示)，所述機(jī)械臂102和電機(jī)驅(qū)動裝置設(shè)于浮動支架107上，所述浮動支架107對機(jī)械臂102進(jìn)行定位和支撐，電機(jī)驅(qū)動裝置通過驅(qū)動鋼絲繩將動力傳遞給機(jī)械臂102。換句話說，骨鉆101、機(jī)械臂102、電機(jī)驅(qū)動機(jī)構(gòu)和多維力傳感器103組成磨削機(jī)構(gòu)108，該磨削機(jī)構(gòu)108安裝于浮動支架107，浮動支架107滑動設(shè)置于手術(shù)床上，用于對磨削機(jī)構(gòu)108進(jìn)行粗定位；進(jìn)一步地，滑動支架107的末端設(shè)置棘突(未標(biāo)示)，棘突夾固在患者的棘突上用于隨著患者的呼吸、心臟跳動等生理運(yùn)動實(shí)現(xiàn)浮動裝置的自我調(diào)節(jié)；設(shè)置于浮動支架107上的電機(jī)驅(qū)動裝置可驅(qū)使磨削機(jī)構(gòu)108整體移動，當(dāng)機(jī)械臂102到達(dá)目標(biāo)位置，再由機(jī)械臂102驅(qū)使骨鉆101進(jìn)行磨削操作。其中：

機(jī)械臂102為4自由度電的串聯(lián)磨削機(jī)械臂，其中4自由度串聯(lián)磨削機(jī)械臂由一個(gè)移動自由度和3個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度組成。

上述結(jié)構(gòu)的骨質(zhì)磨削機(jī)器人可應(yīng)用于椎板磨削手術(shù)中，該骨質(zhì)磨削機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分可參見申請?zhí)枮?01610268677.2、公開日為2016.10.12、名稱為一種脊柱椎板磨削機(jī)構(gòu)的發(fā)明專利申請說明書。

為了完善骨質(zhì)磨削機(jī)器人的控制過程，本發(fā)明還公開一種椎板磨削手術(shù)機(jī)器人控制系統(tǒng)，結(jié)合圖1至圖3所示，該系統(tǒng)包括有一骨質(zhì)磨削機(jī)器人100、一手術(shù)床200、一掃描裝置300、一靶點(diǎn)定位裝置400及一圖像導(dǎo)航控制器500，其中：

所述手術(shù)床200設(shè)于所述機(jī)械臂102下方；

所述掃描裝置300用于對人體脊柱進(jìn)行掃描而獲得CT影像，以呈現(xiàn)人體脊柱上的病灶骨質(zhì)110；

所述靶點(diǎn)定位裝置400用于采集骨鉆101和病灶骨質(zhì)110的空間位置信息；

所述骨質(zhì)磨削機(jī)器人100、掃描裝置300和紅外光學(xué)定位儀400分別電性連接于圖像導(dǎo)航控制器500，所述圖像導(dǎo)航控制器500用于接收所述CT影像和空間位置信息，以及生成磨削路徑信息并發(fā)送至所述骨質(zhì)磨削機(jī)器人100，所述骨質(zhì)磨削機(jī)器人100按照該磨削路徑信息而磨削椎板。

進(jìn)一步地，所述掃描裝置300為C形臂。所述靶點(diǎn)定位裝置400為紅外線定位儀。

上述椎板磨削手術(shù)機(jī)器人控制系統(tǒng)：利用C形臂為手術(shù)對象進(jìn)行術(shù)前與術(shù)中掃描生成CT圖像；利用浮動支架107對磨削機(jī)構(gòu)108進(jìn)行定位、支撐和位置調(diào)整；利用紅外線定位儀確定磨削機(jī)構(gòu)108、浮動支架107及手術(shù)對象的空間位置，并將空間位置信息傳送到圖像導(dǎo)航控制器500中；利用圖像導(dǎo)航控制器500讀取CT圖像并結(jié)合磨削機(jī)構(gòu)108、浮動支架107和手術(shù)對象的空間位置信息進(jìn)行三維重建、空間定位配準(zhǔn)及手術(shù)規(guī)劃；利用骨質(zhì)磨削機(jī)器人100的機(jī)器人控制器104獲取空間位置和手術(shù)規(guī)劃信息，從而向磨削機(jī)構(gòu)發(fā)送指令，磨削機(jī)構(gòu)在指令控制下實(shí)現(xiàn)手術(shù)定位和椎板磨削操作。在椎板磨削過程中，采用模糊控制的方法使骨鉆末端在水平方向保持恒力磨削，而軸向力則由于骨質(zhì)的不同而大小不同，并以此進(jìn)行磨削過程中的安全控制。

為了更好地描述本發(fā)明的技術(shù)方案，結(jié)合圖1至圖4所示，本發(fā)明還公開了一種椎板磨削手術(shù)機(jī)器人控制方法，該方法基于一系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，所述系統(tǒng)包括有一骨質(zhì)磨削機(jī)器人100、一手術(shù)床200、一掃描裝置300、一靶點(diǎn)定位裝置400及一圖像導(dǎo)航控制器500，所述骨質(zhì)磨削機(jī)器人100包括有一骨鉆101、一機(jī)械臂102、一多維力傳感器103及一機(jī)器人控制器104，所述方法包括如下步驟:

步驟S1，利用所述掃描裝置300對手術(shù)床200上的病人人體脊柱進(jìn)行掃描而獲得CT影像，以呈現(xiàn)人體脊柱上的病灶骨質(zhì)110；

步驟S2，利用靶點(diǎn)定位裝置400采集骨鉆101和病灶骨質(zhì)110的空間位置信息；

步驟S3，結(jié)合所述CT影像和所述空間位置信息，在圖像導(dǎo)航控制器500上生成磨削路徑信息；

步驟S4，所述圖像導(dǎo)航控制器500將磨削路徑信息發(fā)送至骨質(zhì)磨削機(jī)器人100；

步驟S5，所述機(jī)器人控制器104控制控制機(jī)械臂102按所述磨削路徑信息運(yùn)動；

步驟S6，所述多維力傳感器103采集骨鉆101磨削病灶骨質(zhì)110時(shí)所產(chǎn)生的作用力，并將該作用力上傳至機(jī)器人控制器104；

步驟S7，所述機(jī)器人控制器104將多維力傳感器103采集的作用力分解為沿病灶骨質(zhì)110切面的切向力F1和沿骨鉆101軸心的軸向力F2；

步驟S8，所述機(jī)器人控制器104控制機(jī)械臂102的運(yùn)動姿態(tài)，以令所述切向力F1保持在預(yù)設(shè)值，并根據(jù)軸向力F2的力值得出骨鉆101對病灶骨質(zhì)110的磨削深度位置。

為了實(shí)現(xiàn)對磨削深度位置的準(zhǔn)確判斷，本發(fā)明對應(yīng)各骨質(zhì)層的密度分布設(shè)置了相關(guān)參數(shù)，具體是指，所述機(jī)器人控制器104預(yù)置有軸向力參數(shù)，所述軸向力參數(shù)包括有對應(yīng)外層骨皮質(zhì)111的力值、對應(yīng)骨松質(zhì)層112的力值和對應(yīng)內(nèi)層骨皮質(zhì)層113的力值，所述機(jī)器人控制器104將所述軸向力參數(shù)與所述力學(xué)處理單元105分解得出的軸向力F2作對比，進(jìn)而判斷骨鉆101的磨削位置，并且當(dāng)所述骨鉆101磨削至內(nèi)層骨皮質(zhì)層113時(shí)，控制骨鉆101停止磨削。

手術(shù)過程中，首先對患者脊柱進(jìn)行術(shù)前CT掃描，獲取脊柱CT圖像確定病灶位置，再對磨削機(jī)構(gòu)和浮動支架進(jìn)行消毒、擺位等醫(yī)學(xué)處理，然后磨削機(jī)構(gòu)初始化，在手術(shù)對象棘突上安裝棘突夾，并布置標(biāo)志點(diǎn)于棘突夾上。紅外線定位儀獲取磨削機(jī)構(gòu)108、浮動支架107及手術(shù)對象的空間位置，圖像導(dǎo)航控制器500根據(jù)掃描后得到的CT圖像，對病人的脊柱3D圖像重建?；诩怪?D圖像模型，醫(yī)生進(jìn)行診斷分析從而做出手術(shù)路徑規(guī)劃。機(jī)器人控制器據(jù)醫(yī)生的手術(shù)路徑規(guī)劃信息和磨削機(jī)構(gòu)108、浮動支架107及手術(shù)對象的空間位置信息向磨削機(jī)構(gòu)發(fā)送指令，磨削機(jī)構(gòu)在指令控制下實(shí)現(xiàn)手術(shù)定位和椎板磨削操作。術(shù)中，機(jī)器人控制器通過分析多維力傳感器反饋的力信號，實(shí)時(shí)地對磨削狀態(tài)進(jìn)行感知判斷，并作出相應(yīng)的控制處理，直到椎板磨削手術(shù)操作結(jié)束。

上述椎板磨削手術(shù)機(jī)器人控制方法中，請參照圖3，切向力是指將獲取的切向的力信號實(shí)時(shí)的導(dǎo)入模糊控制器中，使骨鉆在磨削過程中可以保持一個(gè)大小恒定的切向力。通過調(diào)整骨鉆在椎板中的磨削深度，使水平切向力控制在一個(gè)波動很小的范圍內(nèi)，這樣不僅可以提高磨削的效率，同時(shí)簡化了磨削狀態(tài)感知中力信號的處理。關(guān)于軸向力，由于切向力可認(rèn)為是一個(gè)恒定值，而軸向力由于骨質(zhì)的疏密程度不同，在骨密質(zhì)的力較大，骨松質(zhì)較小。通過磨削實(shí)驗(yàn)中分別確定一個(gè)在骨密質(zhì)和骨松質(zhì)的軸向力范圍，使在手術(shù)中可以通過磨削中軸向力的不同來確定骨鉆末端的磨削狀態(tài)。當(dāng)處于外層骨皮質(zhì)或則骨松質(zhì)層時(shí)，使骨鉆繼續(xù)磨削；而在內(nèi)層骨皮質(zhì)層時(shí)，則立即停止。

本發(fā)明公開的骨質(zhì)磨削機(jī)器人、椎板磨削手術(shù)機(jī)器人控制系統(tǒng)及方法中，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、且功能易于實(shí)現(xiàn)，整體開發(fā)成本較低，便于臨床應(yīng)。同時(shí)，本發(fā)明采用模糊控制的方式保證磨削過程中切向力恒定，而保證磨削效率。此外，通過磨削過程中的接觸力分解，在磨削過程中只需要監(jiān)測軸向力就可以判斷磨削的狀態(tài)，從而使安全控制更易實(shí)現(xiàn)。

以上所述只是本發(fā)明較佳的實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)所做的修改、等同替換或者改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明所保護(hù)的范圍內(nèi)。