1.一种脊椎手术机器人椎板磨削轨迹规划方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、三维重建与制备人工椎骨，具体包括子步骤：S11、采用MC及MS算法对受术区域脊椎骨三维重建；S12、基于Geomagic对脊椎骨表面模型处理与分析；S13、人工椎骨的3D打印制备；

S2、获取医生操控脊椎手术机器人对人工椎板的磨削轨迹，具体包括子步骤：S21、建立轨迹空间映射关系；S22、获取和预处理机器人磨削轨迹点云数据；S23、生成磨削轨迹；

S3、脊椎手术机器人对实际手术对象的椎板进行磨削轨迹规划，具体包括子步骤：S31、手术空间人工椎骨与手术对象的配准；S32、获得脊椎手术机器人对手术对象椎板的磨削轨迹。

2.根据权利要求1所述的一种脊椎手术机器人椎板磨削轨迹规划方法，其特征在于，所述S21包括以下子步骤：S211、建立机器人椎板磨削轨迹测量系统，该系统由激光跟踪仪、靶球以及脊椎手术机器人组成，靶球固定在机器人末端；

建立脊椎手术机器人法兰盘坐标系{E}、基坐标系{B}以及工具坐标系{T}，法兰盘坐标B系{E}与基坐标系{B}的转换关系用矩阵 TE表示：B

其中，RE表示机器人法兰盘坐标系{E}相对于机器人基坐标系{B}的旋转矩阵，包含三B B B B个方向矢量 nE、oE和aE，用来表示{E}的三个单位主矢量相对于{B}的方向余弦；pE表示为{E}相对于{B}的位置矢量；

B

矩阵TE还能够用来表示脊椎手术机器人工具坐标系{T}相对于基坐标系{B}的转换关E系，用TT来表示脊椎手术机器人工具坐标系{T}相对于法兰盘坐标系{E}的转换关系，机器E人末端工具磨头是固定在机器人末端上的，故TT是固定不变的，由末端设计时的结构得出；

同时，得出公式：

B E B

TE·TT＝TT；    (2)

通过上述方法得到靶球P在机器人法兰盘坐标系{E}中的位置，得到靶球中心在机器人基坐标系{B}中的位置，然后通过激光跟踪仪直接得到靶球中心P在激光跟踪仪坐标系{M}下的坐标，根据公共点转换就实现激光跟踪仪与机器人基坐标系之间的转换；

S212、工具坐标系的标定与空间变换矩阵的获取；

靶球中心P在机器人基坐标系{B}下的位置由公式(3)表示：E

其中，TB表示脊椎手术机器人法兰盘坐标系{E}在机器人基坐标系{B}下的转换矩阵，PE表示表示靶球P在法兰盘坐标系{E}中的位置，N表示位置数；通过移动机器人得到两个不同位置m、n，其在机器人基坐标系下的偏差为：靶球中心P在激光跟踪仪坐标系{M}下的偏差为：两个处于不同位置的靶球，两者的距离在激光跟踪仪以及机器人基坐标中是相同的，即：将式(3)代入得到：

在上式中， 能够在机器人示教盒中直接读出， 是激光跟踪仪测量的结果；根据公式(7)，通过最小二乘法，获得靶球中心P在机器人法兰盘坐标系{E}中的坐标PE；

通过上述公式获得靶球中心P在法兰盘坐标系{E}中的位置PE，然后移动机器人4个以上位置，同时记录每个位置法兰末端示教器读数和靶球中心在激光跟踪仪坐标系{M}中的位置；通过公式(3)能够得到出全部的靶球中心在机器人基坐标系中的位置，通过公式(8)计M算能够获得机器人基坐标系与激光跟踪仪坐标系{M}之间的转换矩阵 TB：E M

PB＝PETB＝PMTB    (8)。

3.根据权利要求1所述的一种脊椎手术机器人椎板磨削轨迹规划方法，其特征在于，所述S22包括以下子步骤：S221、获取点云数据；

将激光跟踪仪放置到照明条件良好的地方，通过SA软件通计算机进行控制取点，保证靶球的位置在整个磨削过程中不被遮挡；手持机器人末端对3D打印出来的脊椎骨进行椎板磨削，通过激光跟踪仪记录下路径的点云；

S222、对点云数据进行滤波处理，去除点云数据中的离群点。

4.根据权利要求1所述的一种脊椎手术机器人椎板磨削轨迹规划方法，其特征在于，所述S23包括以下子步骤：S231、点云数据的NURBS曲线拟合；

NURBS曲线的拟合公式为：

其中，Bi,3表示三次B样条奇函数，Wi表示权因子，Di表示控制顶点，u表示曲线节点；

Bi,3的计算公式为：

其中，uk表示节点；

设权因子Wi＝1，B样条基函数满足：

将式(9)转化为：

对于任一离散点pj，拟合曲线上都有一点p(uj)与之对应：其中，uj表示对应的参数值，离散点与曲线的偏差为|P(uj)‑pj|，对其进行优化，得到控制顶点，使拟合曲线到全部离散点的总偏差最小，偏差总和与控制顶点的函数关系为：其中，m表示NURBS曲线拟合前的离散点数；

由公式(12)到公式(14)得到任一控制点的顶点值，由此求出拟合方程；

拟合完成后，按照实际椎板磨削中的精度要求确定相邻点的间距，将NURBS曲线离散成直线点云，消除原有数据的细微波动，获得平滑的线点云；

S232、对点云数据进行法向量估计；

S233、生成磨削轨迹；

机器人磨削轨迹的生成为确定刀触点以及刀位点数据，获得刀触点及刀位点数据的方法为：取点云集合P中的一点当作目前的刀触点，其位置矢量用P表示，法向量用vn表示，这一点与下一点的连线作为切向量vt，设vc＝vt·vn；构建用刀触点作为坐标原点，vc，vn，vt为B坐标轴的坐标系；这个坐标系相对于机器人基坐标系的转换矩阵 pt为：B

pt表示该刀触点所对应的刀位点数据；

坐标系之间的转换关系为：

I为单位矩阵， 由工具坐标系标定已知，因此机器人的位姿矩阵可表示为：通过脊椎手术机器人逆运动学求解后，得到一系列机器人的关节转角，使机器人依次到达期望的刀触点位置，串联各刀触点形成加工轨迹以完成整个椎板磨削的过程。

5.根据权利要求1所述的一种脊椎手术机器人椎板磨削轨迹规划方法，其特征在于，所述S31包括以下子步骤：S311、建立手术空间配准坐标系；

建立机器人基坐标系{B}和激光跟踪仪坐标系{M}，利用激光跟踪仪上的探针测出人工椎骨坐标{P}以及实际受术椎骨坐标{V}的点集；

S312、对应点集配准；

在人工椎骨和实际患者椎骨上选择至少4个配准点，令在人工椎骨下一组点集的坐标为P＝{pi}，在实际患者椎骨下与之一一对应的点集坐标为V＝{vi}，其中i＝1,2,…,n，n表示配准点的个数；

V

S313、求一个最佳矩阵 TP，让通过转换后的坐标pi最接近与坐标vi。

6.根据权利要求5所述的一种脊椎手术机器人椎板磨削轨迹规划方法，其特征在于，所述S313的具体过程为：V

采用四个旋转参数表示转换矩阵 TP中的旋转变换，采用三个平移参数来表示平移变V换，将四个旋转参数和三个平移参数放入一个向量q＝[qR,qT]中，TP＝q，其中qR表示四元数获得的旋转矩阵，qT表示获得的平移向量；

该数学问题变成求目标函数f(q)的最小值问题：求解点集P和V的质心p0以及v0：

求解点集P和V的协方差矩阵C：

由矩阵C构造对称矩阵E：

其中tr(C)表示协方差矩阵C的迹，即是矩阵C的对角线元素的和；

求解对称矩阵E的特征值以及特征向量，如果四元数Q(q0,qx,qy,qz)与对称矩阵E的最大特征值对应的特征向量相同时，由四元数表示的旋转变换矩阵qR使得目标函数的f(q)的值最小；

利用四元数求出旋转矩阵qR的求解算式如下：根据点集W和M的质心w0和m0，可由qR计算出平移向量qT：qT＝v0‑qRp0；    (19)V

得到人工椎骨到实际患者的空间变换矩阵 TP。