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龙图腾网获悉华中科技大学申请的专利用于机器人辅助关节置换手术的虚拟夹具控制方法与系统获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN115317132B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-05发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202210920977.X，技术领域涉及：A61B34/30；该发明授权用于机器人辅助关节置换手术的虚拟夹具控制方法与系统是由陶波;陈沂洺;赵兴炜;丁汉设计研发完成，并于2022-08-02向国家知识产权局提交的专利申请。

本用于机器人辅助关节置换手术的虚拟夹具控制方法与系统在说明书摘要公布了：本发明属于人机交互控制相关技术领域，其公开了一种用于机器人辅助关节置换手术的虚拟夹具控制方法与系统，1实时计算机器人相对每个虚拟夹具曲面的位置、速度及力，并计算距机器人位置最近的虚拟夹具曲面所处的切平面和机器人切向速度方向上的曲率；2基于步骤1的计算结果划分机器人所处的区域和阻抗控制模式；3计算机器人相对每个虚拟夹具约束面的阻抗控制参数变化和控制器加速度输出；4将多个虚拟夹具曲面的约束进行耦合，并基于二次规划算法确定最优的加速度输出，进而基于得到的最优的加速度输出来控制机器人运动。本发明提高手术质量的同时优化了医生的操作感，极大的提升了虚拟夹具约束效果。

本发明授权用于机器人辅助关节置换手术的虚拟夹具控制方法与系统在权利要求书中公布了：1.一种用于机器人辅助关节置换手术的虚拟夹具控制系统，其特征在于： 所述控制系统包括虚拟夹具定义模块、相对位置解算模块、多模态阻抗控制模块、多虚拟夹具曲面约束耦合模块及机器人关节力矩命令输出模块； 虚拟夹具定义模块用于定义虚拟夹具的形状，把复杂的虚拟夹具解构为多个相交的虚拟夹具曲面； 相对位置解算模块用于实时计算机器人相对每个虚拟夹具曲面的位置、速度及力，并计算距机器人位置最近的虚拟夹具曲面处的切平面和机器人切向速度方向上的曲率； 多模态阻抗控制模块用于根据机器人相对虚拟夹具的状态划分机器人所处的区域和阻抗控制模式，并计算相对每个虚拟夹具约束面的阻抗控制参数变化和控制器加速度输出； 多虚拟夹具曲面约束耦合模块用于耦合多个虚拟夹具面的约束，并通过二次规划算法寻找最优的加速度输出； 机器人关节力矩命令输出模块用于基于机器人动力学模型及来自所述多虚拟夹具曲面约束耦合模块的最优的加速度输出计算机器人关节力矩，进而控制机器人运动以实现虚拟夹具约束； 其中，虚拟夹具将机器人的笛卡尔工作空间划分为五个区域，对应的在相图中把阻抗控制划分为五个模式，每个区域都对应着阻抗控制模式的控制目标和控制策略；所述的五个区域包括：自由区域、约束区域、禁止区域、缓冲区域和返回区域；对应的五个阻抗控制模式包括：自由模式、约束模式、禁止模式、缓冲模式和返回模式；通过对区域的划分，在不同的区域应用对应的阻抗控制模式，实现虚拟夹具约束目标； 采用的基本阻抗控制原理为： 其中，Δx,分别为机器人工具中心点TCP相对于虚拟夹具边界的位置和加速度，为阻抗控制加速度输出，H,D,K分别为虚拟惯性、速度阻尼和位置刚度项，为阻抗控制中力项的加速度输出，其中FL为力输入限值，satΔF,FL是饱和函数，限制力输入ΔF不超过FL，分别为阻尼项和刚度项的加速度输出，为加速度直接补偿量。

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