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龍圖騰網(wǎng)獲悉華中科技大學(xué)申請(qǐng)的專利用于機(jī)器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)的虛擬夾具控制方法與系統(tǒng)獲國(guó)家發(fā)明授權(quán)專利權(quán)，本發(fā)明授權(quán)專利權(quán)由國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局授予，授權(quán)公告號(hào)為：CN115317132B 。

龍圖騰網(wǎng)通過國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局官網(wǎng)在2025-09-05發(fā)布的發(fā)明授權(quán)授權(quán)公告中獲悉：該發(fā)明授權(quán)的專利申請(qǐng)?zhí)?專利號(hào)為：202210920977.X，技術(shù)領(lǐng)域涉及：A61B34/30；該發(fā)明授權(quán)用于機(jī)器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)的虛擬夾具控制方法與系統(tǒng)是由陶波;陳沂洺;趙興煒;丁漢設(shè)計(jì)研發(fā)完成，并于2022-08-02向國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的專利申請(qǐng)。

本用于機(jī)器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)的虛擬夾具控制方法與系統(tǒng)在說明書摘要公布了：本發(fā)明屬于人機(jī)交互控制相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，其公開了一種用于機(jī)器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)的虛擬夾具控制方法與系統(tǒng)，1實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)器人相對(duì)每個(gè)虛擬夾具曲面的位置、速度及力，并計(jì)算距機(jī)器人位置最近的虛擬夾具曲面所處的切平面和機(jī)器人切向速度方向上的曲率；2基于步驟1的計(jì)算結(jié)果劃分機(jī)器人所處的區(qū)域和阻抗控制模式；3計(jì)算機(jī)器人相對(duì)每個(gè)虛擬夾具約束面的阻抗控制參數(shù)變化和控制器加速度輸出；4將多個(gè)虛擬夾具曲面的約束進(jìn)行耦合，并基于二次規(guī)劃算法確定最優(yōu)的加速度輸出，進(jìn)而基于得到的最優(yōu)的加速度輸出來控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明提高手術(shù)質(zhì)量的同時(shí)優(yōu)化了醫(yī)生的操作感，極大的提升了虛擬夾具約束效果。

本發(fā)明授權(quán)用于機(jī)器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)的虛擬夾具控制方法與系統(tǒng)在權(quán)利要求書中公布了：1.一種用于機(jī)器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)的虛擬夾具控制系統(tǒng)，其特征在于： 所述控制系統(tǒng)包括虛擬夾具定義模塊、相對(duì)位置解算模塊、多模態(tài)阻抗控制模塊、多虛擬夾具曲面約束耦合模塊及機(jī)器人關(guān)節(jié)力矩命令輸出模塊； 虛擬夾具定義模塊用于定義虛擬夾具的形狀，把復(fù)雜的虛擬夾具解構(gòu)為多個(gè)相交的虛擬夾具曲面； 相對(duì)位置解算模塊用于實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)器人相對(duì)每個(gè)虛擬夾具曲面的位置、速度及力，并計(jì)算距機(jī)器人位置最近的虛擬夾具曲面處的切平面和機(jī)器人切向速度方向上的曲率； 多模態(tài)阻抗控制模塊用于根據(jù)機(jī)器人相對(duì)虛擬夾具的狀態(tài)劃分機(jī)器人所處的區(qū)域和阻抗控制模式，并計(jì)算相對(duì)每個(gè)虛擬夾具約束面的阻抗控制參數(shù)變化和控制器加速度輸出； 多虛擬夾具曲面約束耦合模塊用于耦合多個(gè)虛擬夾具面的約束，并通過二次規(guī)劃算法尋找最優(yōu)的加速度輸出； 機(jī)器人關(guān)節(jié)力矩命令輸出模塊用于基于機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型及來自所述多虛擬夾具曲面約束耦合模塊的最優(yōu)的加速度輸出計(jì)算機(jī)器人關(guān)節(jié)力矩，進(jìn)而控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)虛擬夾具約束； 其中，虛擬夾具將機(jī)器人的笛卡爾工作空間劃分為五個(gè)區(qū)域，對(duì)應(yīng)的在相圖中把阻抗控制劃分為五個(gè)模式，每個(gè)區(qū)域都對(duì)應(yīng)著阻抗控制模式的控制目標(biāo)和控制策略；所述的五個(gè)區(qū)域包括：自由區(qū)域、約束區(qū)域、禁止區(qū)域、緩沖區(qū)域和返回區(qū)域；對(duì)應(yīng)的五個(gè)阻抗控制模式包括：自由模式、約束模式、禁止模式、緩沖模式和返回模式；通過對(duì)區(qū)域的劃分，在不同的區(qū)域應(yīng)用對(duì)應(yīng)的阻抗控制模式，實(shí)現(xiàn)虛擬夾具約束目標(biāo)； 采用的基本阻抗控制原理為： 其中，Δx,分別為機(jī)器人工具中心點(diǎn)TCP相對(duì)于虛擬夾具邊界的位置和加速度，為阻抗控制加速度輸出，H,D,K分別為虛擬慣性、速度阻尼和位置剛度項(xiàng)，為阻抗控制中力項(xiàng)的加速度輸出，其中FL為力輸入限值，satΔF,FL是飽和函數(shù)，限制力輸入ΔF不超過FL，分別為阻尼項(xiàng)和剛度項(xiàng)的加速度輸出，為加速度直接補(bǔ)償量。

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