(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210567125.7 (22)申请日 2022.05.23 (71)申请人 广东亿嘉和科技有限公司 地址 523808 广东省东莞 市松山湖高新 技 术产业开 发区新竹 路4号新竹苑 （总部 一号） 17幢2单 元5楼503室 (72)发明人 龙观富　王志强　 (74)专利代理 机构 南京瑞弘专利商标事务所 (普通合伙) 32249 专利代理师 梁天彦 (51)Int.Cl. H04N 5/225(2006.01) H04N 5/235(2006.01) A61B 34/20(2016.01) A61B 34/30(2016.01) (54)发明名称 高精度光学导航设备及其热影响精度补偿 方法 (57)摘要 本发明提供了一种高精度光学导航设备及 其热影响精度补偿方法， 设备包括壳体以及设置 在壳体内的主控板、 电源板、 龙骨、 拍照设备和激 光灯指示灯板、 传感器板、 感光传感器、 镜头和补 光灯组件， 通过主控板控制补光灯组件进行拍照 补光， 然后由固定在龙骨上的感光传感器和镜头 拍照， 把拍照捕捉到反光球的照片上传至主控 板， 计算出反光球在空间中具体的位置； 所述主 控板采用FPGA芯片， 增加散 热设计和温度算法补 偿， 使导航设备使用温度扩展至+5℃～+35℃， 在 各温度点均能满足高精度要求。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 114979440 A 2022.08.30 CN 114979440 A 1.一种高精度光学导航设备， 其特征在于： 包括壳体以及设置在壳体内的主控板、 电源 板、 龙骨、 拍照设备和激光灯指示灯板， 所述拍照设备具有两组， 分别安装在龙骨两端， 包括 传感器板、 感光传感器、 镜头和补光灯 组件， 其中两个拍照设备分别与主控板连接， 通过主 控板控制补光灯组件进行拍照补光， 然后由固定在龙骨上 的感光传感器和镜头拍照， 把捕 捉到的反光球照片上传至主控板， 计算出反光球在空间中具体的位置； 所述主控板采用 FPGA芯片， 主控板贴合壳体内表面 安装， 主控板上设置有温度传感器。 2.根据权利要求1所述的高精度光学导航设备， 其特征在于： 所述的壳体包括前壳和后 壳， 前壳和后壳材 料为铝合金， 导热系数201W/(m*K)。 3.根据权利要求2所述的高精度光学导航设备， 其特征在于： 所述的后壳外部设计有散 热齿， 后壳内表面均匀涂覆有微米级厚度的纳米碳材料， FPGA芯片设合在后壳散热齿对应 位置。 4.根据权利要求1或2所述的高精度光学导航设备， 其特征在于： 所述的龙骨选用热膨 胀系数不大于1 1.4×10‑6(1/℃)的碳钢材 料。 5.一种高精度光学导航设备的热影响精度补偿方法， 其特征在于： 通过对因为温度变 化而导致的龙骨的热膨胀量进行计算， 实时对两个传感器板的中心距离进行计算补偿， 减 小温度对设备精度的影响。 6.根据权利要求5所述的高精度光学导航设备的热影响精度补偿方法， 其特征在于具 体包括以下步骤： 1)主控板通过温度检测传感器实时检测设备腔内的温度为T0； 2)光学导航设备在室温启动预热， 对反光球进行标定， 温度传感器实时检测设备腔内 温度Tt， 温升ΔT＝Tt‑T0,温度升高为 正值， 降低为负值； 3)设龙骨两端两个传感器板的物理中心原始距离为L0， 龙骨材料的热膨胀系数为al， 则 龙骨的膨胀量E为： E＝ L0×al×ΔT； 3)通过算法实时计算传感器板中心的距离Lt,Lt＝L0+E,反光球的深度Z由如下公式计 算： 其中f为镜 头焦距， d为两个相机图像的像素视 差， dx为像素尺寸， 即像元尺寸； 4)通过对温度的实时反馈补偿算法， 实时计算传感器板中心的距离， 减小温度对设备 精度的影响。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114979440 A 2高精度光学导航设 备及其热影响精度补偿方 法 技术领域 [0001]本发明涉及 导航设备技术领域， 具体是一种高精度光学导航设备及其热影响精度 补偿方法。 背景技术 [0002]近些年， 手术机器人由于其精确性和安全性的优点， 为各类外科， 骨科， 牙科手术 提供一种全新的选择。 经过一段时间的发展， 手术机器人的相关技术日趋成熟， 其在临床使 用率逐年 提高。 [0003]在定位方式中较为广泛的应用有光学定位和电磁定位， 其中光学导航型手术机器 人广泛使用双目红外定位跟踪器识别光学标志物， 实现对手术 目标的跟踪定位， 光学定位 具有精度高、 使用方便、 不受电磁环境干扰等优点。 [0004]目前市面上的光学导航设备图像帧率低， 自身发热量低， 现市面上光学导航设备 的极限工作温度最大只能达到+10℃～+30℃， 局限在手术室的温度， 普遍不做温度补偿处 理， 精度受温度影响比较大。 如果采用图像帧率高， 实时性高的FPGA芯片， 由于FPGA芯片发 热量远超过现有芯片， 芯片发热会 对导航精度产生严重干扰。 发明内容 [0005]本发明为了解决现有技术的问题， 提供了一种， 高精度光学导航设备及其热影响 精度补偿方法， 设备采用FPGA芯片， 图像帧率高， 实时性高， 增加散热设计和温度算法补偿， 使导航设备使用温度扩展至+5℃～+3 5℃， 在各温度点均能满足高精度要求。 [0006]本发明提供了一种高精度光学导航设备， 包括壳体以及设置在壳体内的主控板、 电源板、 龙骨、 拍照设备和激光灯指示灯板， 所述拍照设备具有两组， 分别安装在龙骨两端， 包括传感器板、 感光传感器、 镜头和补光灯 组件， 其中两个拍照设备分别与主控板连接， 通 过主控板控制补光灯组件进行拍照补光， 然后由固定在龙骨上的感光传感器和镜头拍照， 把捕捉到的反光球照片上传至主控板， 计算出反光球在空间中具体的位置； 所述主控板采 用FPGA芯片， 主控板贴合壳体内表面 安装， 主控板上设置有温度传感器。 [0007]进一步改进， 所述的壳体包括前壳和后壳， 前壳和后壳材料为铝合金， 导热系数 201W/(m*K)。 [0008]进一步改进， 所述的后壳外部设计有散热齿， 后壳内表面均匀涂覆有微米级厚度 的纳米碳材 料， FPGA芯片设计在后壳散热齿对应位置 。 [0009]进一步改进， 所述的龙骨选用热膨胀系数不大于1 1.4×10‑6(1/℃)的碳钢材 料。 [0010]本发明还提供了一种高精度光学导航设备的热影响精度补偿方法， 包括以下步 骤： [0011]1)主控板通过温度检测传感器实时检测设备腔内的温度为T0； [0012]2)光学导航设备在室温启动预热， 对反光球进行标定， 温度传感器实时检测设备 腔内温度Tt， 温升ΔT＝Tt‑T0,温度升高为 正值， 降低为负值；说　明　书 1/4 页 3 CN 114979440 A 3