平面靶球、靶球组件及光学跟踪仪

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，特别涉及一种平面靶球、靶球组件及光学跟踪仪。

背景技术

光学跟踪仪是手术导航中常用到的三维定位导航设备，是手术导航和手术机器人系统中不可或缺的关键部分，在手术导航系统中起到了眼睛的作用。光学跟踪仪大体可分为三部分，分别为激光跟踪头、控制器和靶球。光学跟踪仪的基本工作原理为在测量目标上安装靶球，激光跟踪头发出激光，经由靶球接收及反射回激光跟踪头，通过控制器数据处理得到测量目标空间位置坐标。简而言之，光学跟踪仪的作用是跟踪获取测量目标的空间坐标，无论测量目标是静态，亦或是动态。靶球作为光学跟踪测量系统的桥梁，其强度及抗污染能力直接决定了光学跟踪测量系统的精度。

现有技术中的靶球，大都是球体状。其安装在靶球支架上，由于其端部形状为球体状，在安装时人的手必须握住该球体状才能安装至支架上，纵使支架设有防护罩，也不可避免在安装时人的手对靶球的探测面造成污染。无论是空气中的粉尘导致蒙尘现象，还是人为无意触碰，对于靶球体外表面都是极大地破坏，继而影响目标体跟踪精度。另外，现有靶球体外表面材料十分脆弱，无论是安装还是人为失误掉落，对于靶球体本身影响巨大。在制作成本方面，靶球体的形状导致加工难度较大，导致制作成本昂贵，而这种靶球体作为易耗材来说，客户的使用成本更加昂贵。

综上，现有技术中的靶球存在如下缺陷：第一、由于其反射面为球面，容易被污染，进而影响测量精度；第二、靶球体表面材料脆弱，易损坏；第三、制作成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的靶球的反射面为球面，导致容易被污染进而影响测量精度的缺陷，提供一种平面靶球、靶球组件及光学跟踪仪。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种平面靶球，其特点在于，其包括靶球本体，所述靶球本体的一端设置有反射面，所述反射面用于接收并反射激光跟踪头发出的激光，所述反射面为平面。

在本方案中，在不影响检测效果的情况下，将发反射面设置为平面，在将平面靶球安装至罩壳上以后，平面靶球不需要露出于罩壳的外部，这样无论人为无意触碰到罩壳或者是掉落都不会使得平面靶球被污染，因此不会影响靶球的准确性；而且采用平面的结构易于加工，进而有利于降低成本。

较佳地，所述靶球本体包括安装座，所述安装座包括相互连接的导向部和安装部，所述导向部的侧面为一锥面，所述导向部朝向所述反射面的一端的直径小于背离所述反射面的一端的直径。导向部用于将靶球本体与罩壳连接时起导向作用，进而便于安装。安装座用于将靶球本体与罩壳连接。

较佳地，所述安装部背离所述反射面的一端的外侧面上设置有凸起，所述凸起沿着所述安装部的周向方向分布；

和/或，所述安装部背离所述反射面的一端还设置有第一安装孔，所述第一安装孔沿着所述靶球本体的轴线方向延伸。

在本方案中，凸起用于在靶球本体与罩壳连接后起限位作用，以防止靶球本体沿轴向方向脱离于罩壳。在安装座上设置第一安装孔用于通过连接件将靶球本体与光学追踪仪上的其他部件连接。

较佳地，所述第一安装孔的侧壁设置有至少一个第一缺口，所述第一缺口自所述安装部的端部向所述反射面的方向延伸，在径向方向上所述第一缺口贯通所述侧壁；

和/或，在所述第一安装孔的内壁上，自所述第一安装孔的底部向其口部依次间隔设置并相互连通的第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽，所述第一凹槽和第三凹槽的直径相同，所述第二凹槽的直径小于所述第一凹槽的直径，所述第一凹槽和所述第二凹槽之间、所述第二凹槽和所述第三凹槽之间通过锥形孔连通。

在本方案中，在第一安装孔的侧壁上设置贯通于侧壁的第一缺口，使得第一安装孔的侧壁在外力作用下可发生弹性形变，进而便于连接件与第一安装孔连接。对于第一缺口的数量不作限制，较佳地第一缺口的数量为4个。在第一安装孔上设置4个第一缺口，以增大第一安装孔的侧壁的弹性，进而有利于提高连接件与第一安装孔连接的便利性。通过在第一安装孔的内壁上设置间隔设置第一凹槽，第二凹槽和第三凹槽，以对连接件进行限位，以防止连接件与靶球本体脱离。

较佳地，所述平面靶球还包括反光贴纸，所述反射面设于所述反光贴纸上，所述反光贴纸粘接于所述靶球本体的端面上。通过在安装座上粘接反光贴纸的形式，不需要在安装座上接收和反射激光的端面上设置特殊的表面涂层，减少了加工工序，降低了生产成本。

一种靶球组件，其特点在于，其包括如上所述的平面靶球和罩壳，所述罩壳包括相互连接的防护部和连接部，所述防护部上设置有防护孔，所述连接部上设置有第二安装孔，所述防护孔和所述第二安装孔均为相互连通的通孔，所述的平面靶球连接于所述第二安装孔，所述平面靶球的反射面的外缘抵靠于所述第二安装孔朝向所述防护孔的一侧的端面，部分所述反射面露出于所述第二安装孔。

在本方案中，防护部用于对平面靶球进行防护，防止有菌环境中的粉尘以及手术过程中的血液污染平面靶球中的反射面。连接部用于实现靶球本体与罩壳的连接。其中，在防护部上设置防护孔，使得靶球本体不露出于防护孔，进而可防止粉尘或者血液直接落在反射面上，第二安装孔用于与靶球本体连接。将防护孔与第二安装孔设置为相互连通的通孔，使得安装时，平面靶球的安装座上贴有反光贴纸的一端自第二安装孔背离防护孔的一端推入到第二安装孔内，第二安装孔的底端的端面对于平面靶球进行限位。防护孔用于对反射面进行防护的同时，用于激光通过，以使反射面能接受并反射激光。

较佳地，所述防护部为喇叭状，所述防护孔为锥形孔，所述防护孔上朝向所述第二安装孔的一端的孔径小于背离所述第二安装孔的一端的孔径，所述防护孔的最小孔径小于所述第二安装孔朝向所述防护孔的一端的孔径；

和/或，所述连接部为一圆柱体，所述防护部和所述连接部通过光滑弧面过渡连接，所述第二安装孔的形状与所述靶球本体的外部轮廓相匹配。

在本方案中，将防护部设置为喇叭状，将防护孔设置为锥形孔，便于为反射面接收和反射激光提供更宽广的角度。将防护孔的最小孔径设置成小于第二安装孔朝向防护孔的一端的孔径，使得即便是反光贴纸的外部轮廓不是一个规整的圆形，可以通过防护孔的底部的圆将反光贴纸上接收光线的部分调整为一个规整的圆形，进而提高平面靶球的检测精度。将防护部与连接部通过光滑弧面过渡，以提高安装时的手感。

较佳地，所述第二安装孔的内壁面上设置有一环形凹槽，所述环形凹槽与所述平面靶球的外壁面上的凸起凹凸配合；

所述第二安装孔的背离所述防护孔的一端的端部设置有限位部，所述限位部自所述第二安装孔的内侧面向内延伸，所述限位部的侧面与所述靶球本体的端部抵靠以限制所述靶球本体脱离于所述第二安装孔。

在本方案中，通过凹凸配合对平面靶球在径向和轴向方向上进行限位，以防止平面靶球相对于第二安装孔在径向方向上窜动，同时也有利于防止平面靶球在轴向方向上脱离于第二安装孔，进而提高平面靶球的测量精度。限位部用于进一步对平面靶球在轴向方向上进行限位，以防止平面靶球脱离于第二安装孔，进而提高平面靶球的稳定性。

较佳地，所述第二安装孔的侧壁上设置有至少一个第二缺口，所述第二缺口自所述第二安装孔的首端向所述第二安装孔的底端方向延伸，所述第二缺口贯通所述第二安装孔的侧壁。在第二安装孔的侧壁上设置第二缺口，使得第二安装孔的侧壁具有弹性，进而便于平面靶球的安装座推入至第二安装孔内。当然，对于第二缺口的数量不做限制，作为一种优选方案，将第二缺口的数量设置为4个。在第二安装孔的侧壁上设置四个第二缺口，以进一步提高第二安装孔的侧壁的弹性，进而使得在将安装座安装至第二安装内孔时，进一步提高操作的便利性。

一种光学跟踪仪，其特点在于，其包括如上所述的靶球组件和一参考架，所述靶球组件包括一连接件，所述连接件的一端的形状与所述靶球本体上的第一安装孔的形状相匹配，所述连接件的另一端与参考架连接。

在光学跟踪仪中使用如上的靶球组件，不仅可防止平面靶球被污染，进而提高检测精度，而且生产成本低，有利于广泛应用，还有不易被损坏的优点。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：本发明提供的平面靶球、靶球组件及光学跟踪仪，其中，在不影响检测效果的情况下，将平面靶球的发反射面设置为平面，在将平面靶球安装至罩壳上以后，平面靶球不需要露出于罩壳的外部，这样无论人为无意触碰到罩壳或者是掉落都不会使得平面靶球被污染，因此不会影响靶球的准确性；而且采用平面的结构易于加工，进而有利于降低成本。

附图说明

图1为本发明实施例1的平面靶球的结构示意图。

图2为本发明实施例1的平面靶球在另一方向上的结构示意图。

图3为本发明实施例1的平面靶球的侧视图。

图4为本发明实施例1的平面靶球的俯视图。

图5为图4沿A-A方向的剖视图。

图6为本发明实施例2的靶球组件中的罩壳的结构示意图。

图7为本发明实施例2的靶球组件中的罩壳的俯视图。

图8为图7沿B-B方向的剖视图。

图9为本发明实施例2的靶球组件的结构示意图。

图10为本发明实施例2的靶球组件的俯视图。

图11为图10沿C-C方向的剖视图。

图12为本发明实施例2的靶球组件的侧视图。

图13为本发明实施例2的靶球组件在另一方向上的结构示意图。

图14为本发明实施例2中的靶球组件中的连接件的结构示意图。

图15为本你发明实施例2中的靶球组件中的连接件的俯视图。

附图标记说明：

平面靶球 10

安装座 101

导向部 1011

安装部 1012

凸起 1012a

第一安装孔 1012b

第一凹槽 1012b

第二凹槽 1012b

第三凹槽 1012b

第一缺口 1012c

反光贴纸 102

罩壳 20

防护部 201

防护孔 2011

连接部 202

第二安装孔 2021

环形凹槽 2021a

限位部 2021b

第二缺口 2021c

连接件 30

第一台阶 301

第二台阶 302

第三台阶 303

具体实施方式

下面通过实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

如图1至图5所示，本实施例提供一种平面靶球10，该平面靶球10包括靶球本体，靶球本体的一端设置有反射面，反射面用于接收并反射激光跟踪头发出的激光，反射面为平面。

其中，在不影响检测效果的情况下，将发反射面设置为平面，在将平面靶球10安装至罩壳20上以后，平面靶球10不需要露出于罩壳20的外部，这样无论人为无意触碰到罩壳20或者是掉落都不会使得平面靶球10被污染，因此不会影响靶球的准确性；而且采用平面的结构易于加工，进而有利于降低成本。

需要说明的是，对于反射面的形成方式不做限制，可以是加工成一平面后通过在该平面上设置涂层来实现，也可以通过其他形式，例如将一具有反光性能的物体连接在该平面上来形成该反射面，在本实施例中采用后者。

具体地，靶球本体包括安装座101和反光贴纸102，反射面设于反光贴纸102上，反光贴纸102粘接于安装座101的端面上。通过在安装座101上粘接反光贴纸102的形式实现，不需要在安装座101上接收和反射激光的端面上设置特殊的表面涂层，减少了加工工序，降低了生产成本。其中，反光贴纸102的对光的反射系数可以根据需求进行选择。

其中，安装座101包括相互连接的导向部1011和安装部1012，导向部1011的侧面为一锥面，导向部1011朝向反光贴纸102的一端的直径小于背离反光贴纸102的一端的直径。导向部1011用于将靶球本体与罩壳20连接时起导向作用，进而便于安装。安装座101用于将靶球本体与罩壳20连接。形成导向部1011的锥面的锥角的范围为10°-20°，在本实施例中，导向部1011的锥面的锥角选用14°。当然，在其他实施例中，也可以采用其他角度，例如10°、15°或者20°都可以。

为了便于将平面靶球10与罩壳20连接后，防止靶球本体与罩壳20之间在径向方向上窜动，也为了防止靶球本体从轴向方向上脱离于罩壳20，在安装部1012背离反光贴纸102的一端的外侧面上设置有凸起1012a，凸起1012a沿着安装部1012的周向方向分布，以对靶球本体进行限位。为了便于安装以及进一步提高限位效果，在本实施例中，沿着安装座的轴向方向，将凸起1012a的两侧进行倒角，其中朝向反光贴纸102的一端的倒角角度大于背离反光贴纸102的一端的倒角角度。这样设置，当将平面靶球10安装至罩壳20上时，倒角角度大便于进入至罩壳20上的内孔；安装后，背离反光面的一侧的倒角角度小有利于对平面靶球10进行限位，防止平面靶球10与罩壳20脱离。其中，凸起1012a可以是间断设置的，也可以是在整个周向设置一圈，当然也可以沿着其轴向方向间隔设置多圈。在本实施例中，沿着安装部1012的周向方向设置了一整圈。

为了便于将靶球本体与光学追踪仪上的其他部件进行连接以实现位置追踪功能，在安装部1012背离反光贴纸102的一端还设置有第一安装孔1012b，第一安装孔1012b沿着靶球本体的轴线方向延伸。在安装座101上设置第一安装孔1012b用于通过连接件30将靶球本体与光学追踪仪上的其他部件连接。

具体地，在第一安装孔1012b的内壁上，自第一安装孔1012b的底部向其口部依次间隔设置并相互连通的第一凹槽1012b

连接件30与第一安装孔1012b连接时，为了便于连接件30进入，在第三凹槽1012b3背离第二凹槽1012b2的一端设置有一锥形孔，锥形孔径向方向上的截面的孔径自第三凹槽1012b3向远离第三凹槽1012b3的方向逐渐增大。在第三凹槽1012b3的端部设置锥形孔，便于连接件30与第一安装孔1012b连接时对连接件30起导向作用。

进一步地，第一安装孔1012b的侧壁设置有至少一个第一缺口1012c，第一缺口1012c自安装部1012的端部向反光贴纸102的方向延伸，在径向方向上第一缺口1012c贯通侧壁。在第一安装孔1012b的侧壁上设置贯通于侧壁的第一缺口1012c，使得第一安装孔1012b的侧壁在外力作用下可发生弹性形变，进而便于连接件30与第一安装孔1012b连接。在本实施例中，第一缺口1012c的数量为4个。在第一安装孔1012b上设置4个第一缺口1012c，以增大第一安装孔1012b的侧壁的弹性，进而有利于提高连接件30与第一安装孔1012b连接的便利性。其中，其一缺口采用U型槽，而且4个U型凹槽呈阵列分布在第一安装孔1012b的端部。

实施例2

如图6至图15所示，本实施例提供一种靶球组件，该靶球组件包括如上的平面靶球和罩壳20，平面靶球和罩壳20连接。其中，罩壳20包括相互连接的防护部201和连接部202，防护部201上设置有防护孔，连接部202上设置有第二安装孔2021，防护孔和第二安装孔2021都为通孔，且两者相互连通，如上的平面靶球10连接于第二安装孔2021，防护孔和第二安装孔2021均具有首端和底端，防护孔的底端和第二安装孔2021的底端相对设置，平面靶球10的反射面的外缘抵靠于第二安装孔2021的底端的端面上，激光跟踪头发出的激光可经防护孔发射至反射面上未与第二安装孔2021抵靠的任意位置上。

其中，防护部201用于对平面靶球10进行防护，防止有菌环境中的粉尘以及手术过程中的血液污染平面靶球10中的反射面。连接部202用于实现靶球本体与罩壳20的连接。其中，在防护部201上设置防护孔，使得靶球本体不露出于防护孔，进而可防止粉尘或者血液直接落在反射面上，第二安装孔2021用于与靶球本体连接。将防护孔与第二安装孔2021设置为相互连通的通孔，使得安装时，平面靶球10的安装座101上贴有反光贴纸102的一端自第二安装孔2021背离防护孔的一端插入到第二安装孔2021内，第二安装孔2021的底端的端面对于平面靶球10进行限位。防护孔用于对反射面进行防护的同时，用于激光通过，以使反射面能接受并反射激光。

为了便于为反射面接收和反射激光提供更宽广的角度，在本实施例中，防护部201为喇叭状，防护孔为锥形孔，防护孔的首端的孔径大于其底端的孔径。其中，锥形孔的锥角的角度范围为90°-120°，在本实施例中，锥角的角度为100°。防护孔的底端的孔径的范围为10mm-15mm，在本实施例中，防护孔的底端的孔径为12.5mm。

在本实施例中，防护孔的底端的孔径小于第二安装孔2021的底端的孔径。将防护孔的底端的孔径设置成小于第二安装孔2021的底端的孔径，使得即便是反光贴纸102的外部轮廓不是一个规整的圆形，可以通过防护孔的底部的圆将反光贴纸102上接收光线的部分调整为一个规整的圆形，进而提高平面靶球10的检测精度。

其中，连接部202为一圆柱体，防护部201和连接部202通过光滑弧面过渡连接，第二安装孔2021的形状与靶球本体的外部轮廓相匹配。将防护部201与连接部202通过光滑弧面过渡，以提高安装时的手感。

进一步地，第二安装孔2021的内壁面上设置有一环形凹槽2021a，平面靶球10的外壁面上设置有凸起1012a，凸起1012a与环形凹槽2021a凹凸配合。通过凹凸配合对平面靶球10在径向和轴向方向上进行限位，以防止平面靶球10相对于第二安装孔2021在径向方向上窜动，同时也有利于防止平面靶球10在轴向方向上脱离于第二安装孔2021，进而提高平面靶球10的测量精度。

而且，第二安装孔2021的首端的端部设置有限位部2021b，限位部2021b自第二安装孔2021的内侧面向内延伸，限位部2021b的侧面与靶球本体的端部抵靠以限制靶球本体脱离于第二安装孔2021。限位部2021b用于进一步对平面靶球10在轴向方向上进行限位，以防止平面靶球10脱离于第二安装孔2021，进而提高平面靶球10的稳定性。

为了便于将平面靶球10安装至第二安装孔2021中，在第二安装孔2021的侧壁上设置有至少一个第二缺口2021c，第二缺口2021c自第二安装孔2021的首端向第二安装孔2021的底端方向延伸，第二缺口2021c贯通第二安装孔2021的侧壁。在第二安装孔2021的侧壁上设置第二缺口2021c，使得第二安装孔2021的侧壁具有弹性，进而便于平面靶球10的安装座101推入至第二安装孔2021内。在实施例中，第二缺口2021c的数量为4个。在第二安装孔2021的侧壁上设置4个第二缺口2021c，以进一步提高第二安装孔2021的侧壁的弹性，进而使得在将安装座101安装至第二安装内孔时，进一步提高操作的便利性。其中，第二缺口2021c也采用U型凹槽。

在本实施例中，靶球组件还包括一连接件30，连接件30的一端的形状与第一安装孔1012b的形状相匹配，连接件30的另一端与参考架连接。如图14至图15所示，连接件30主体为一圆柱体，其包括直径依次增大的第一台阶301、第二台阶302和第三台阶303，其中，第一台阶301和第三台阶303通过光滑曲面连接。连接件30上靠近第一台阶301的一端的端部设置有两个锥面，其中更远离第一台阶301的一端的直径向靠近第一台阶301的方向依次增大，另一锥面的直径则是向靠近第一台阶301的方向依次减小。而且背离第一台阶301的锥面的锥度小于靠近第一台阶301的锥面的锥度。通过靶球本体上的第一安装孔1012b和连接件30将平面靶球10连接在参考架上，便于生产，安装方便。平面靶球10、罩壳20和连接件30的材料为尼龙。采用尼龙材质，可大大降低生产成本，而且不易损坏。其中，平面靶球10、罩壳20和连接件30采用尼龙材质，可通过快速成型技术进行制造，例如，注塑工艺，可实现近终成型，以降低生产成本，并提高生产效率。

实施例3

本实施例提供一种光学跟踪仪，其包括如上的靶球组件和一参考架，靶球组件通过上述实施例中的连接件可拆卸地连接于参考架。在光学跟踪仪中使用如上的靶球组件，不仅可防止平面靶球10被污染，进而提高检测精度，而且生产成本低，有利于广泛应用，还有不易被损坏的优点。

实施例1-实施例3提供的平面靶球10、靶球组件及光学追踪仪的使用方法如下：先将反光贴纸102粘贴在平面靶球10的安装座101的端面上，然后粘贴有反光贴纸102的安装座101从罩壳20连接部202上的第二安装孔2021的首端推入至第二安装孔2021内。其中安装座101的端部和第二安装孔2021的底端的端面将反光贴纸102压紧，安装座101的安装部1012上的凸起1012a与第二安装孔2021上的第一凹槽1012b1凹凸配合，安装部1012的端部被第二安装孔2021上的限位部2021b限位。然后将连接件30一端推入安装座101上的第一安装孔1012b内，将连接件30的另一端安装在参考架上。其中，一个参考架上安装有四个靶球组件，最后将安装有靶球组件的参考架固定在手术机器人的机械臂上。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。