一種具有防碰撞功能的移動(dòng)式機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域，具體是一種具有防碰撞功能的移動(dòng)式機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)心腦血管、腫瘤等疾病的患者顯著增加，近年來(lái)，我國(guó)數(shù)字診療裝備平均增速在20%以上，多學(xué)科聯(lián)合治療的一站式復(fù)合手術(shù)系統(tǒng)憑借其優(yōu)勢(shì)，逐漸成為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域勢(shì)不可擋的發(fā)展潮流。復(fù)合手術(shù)因借助介入治療設(shè)備及技術(shù)，精密且微創(chuàng)，并能將內(nèi)外科優(yōu)點(diǎn)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，充分體現(xiàn)以患者為中心，深受?chē)?guó)內(nèi)醫(yī)生歡迎。而現(xiàn)有的外科手術(shù)醫(yī)療設(shè)備，以外科介入血管機(jī)為例，傳統(tǒng)的血管機(jī)操控系統(tǒng)與功能模塊較為單一，安裝模式也只能是通過(guò)天軌懸吊方式，或者落地式固定方式，而這既阻礙介入治療技術(shù)的深入開(kāi)展，也束縛著復(fù)合手術(shù)室的個(gè)性化、多樣化設(shè)計(jì)。
[0003]因此，如何利用現(xiàn)有資源建立復(fù)合手術(shù)室，如何將大型血管機(jī)、X光機(jī)等治療設(shè)備整合，構(gòu)建一種靈活性高、綜合性好的，可以針對(duì)多種病癥手術(shù)一體式機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，并且具備在不同科室之間移動(dòng)，以適應(yīng)以外科手術(shù)系統(tǒng)為主導(dǎo)的多科室復(fù)合治療，是未來(lái)外科手術(shù)系統(tǒng)的趨勢(shì)。然而，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)的移動(dòng)，不僅僅要解決其路徑規(guī)劃、室內(nèi)定位等問(wèn)題，還需要解決其碰撞檢測(cè)問(wèn)題，在移動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行防碰撞的檢測(cè)與應(yīng)急，實(shí)現(xiàn)安全移動(dòng)與避讓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種具有防碰撞功能的移動(dòng)式機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)。
[0005]本實(shí)用新型的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:
[0006]—種具有防碰撞功能的移動(dòng)式機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，包括:全方位移動(dòng)平臺(tái)，具有公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的影像系統(tǒng)，防碰撞系統(tǒng)與控制計(jì)算機(jī)；所述全方位移動(dòng)平臺(tái)由移動(dòng)平臺(tái)機(jī)身和一組麥克納母輪組成，其中一組麥克納母輪的分為兩排，平行安放，同一排的麥克納母輪分別安裝在移動(dòng)平臺(tái)機(jī)身的兩端；所述具有公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的影像系統(tǒng)安裝在全方位移動(dòng)平臺(tái)上，其中公轉(zhuǎn)是繞X軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，自轉(zhuǎn)是繞1軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，通過(guò)公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的配合可以實(shí)現(xiàn)影像系統(tǒng)繞等中心點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)；所述防碰撞系統(tǒng)由防碰撞仿真平臺(tái)與碰撞反饋機(jī)構(gòu)組成；所述防碰撞仿真平臺(tái)包括模型運(yùn)動(dòng)參數(shù)檢測(cè)模塊、碰撞檢測(cè)智能計(jì)算模塊、定位與路徑規(guī)劃模塊和可視化模塊；模型參數(shù)檢測(cè)模塊用于檢測(cè)系統(tǒng)模型中各個(gè)關(guān)節(jié)上伺服電機(jī)的編碼器輸出，并根據(jù)編碼器輸出值計(jì)算出模型各關(guān)節(jié)當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，包括速度、加速度；定位與路徑規(guī)劃模塊，用于檢測(cè)模型在運(yùn)動(dòng)空間的當(dāng)前位置，并根據(jù)模型運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算出下一時(shí)刻模型位置，同時(shí)根據(jù)模型碰撞信息進(jìn)行模型路徑規(guī)劃；碰撞檢測(cè)智能計(jì)算模塊，用于根據(jù)定位與路徑規(guī)劃模塊檢測(cè)的模型當(dāng)前位置和下一時(shí)刻模型位置，智能計(jì)算出模型在下一時(shí)刻的碰撞關(guān)系；可視化模塊，用于根據(jù)模型各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和模型位置信息，將模型空間狀態(tài)可視化，便于用戶觀察與判斷；所述碰撞反饋機(jī)構(gòu)包括觸桿、偏心機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)軸和扭力傳感器；所述觸桿連接在偏心機(jī)構(gòu)的一端，偏心機(jī)構(gòu)固定連接在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸安裝于全方位移動(dòng)平臺(tái)上，且至少在轉(zhuǎn)軸一端設(shè)置有扭力傳感器；控制計(jì)算機(jī)，可以與系統(tǒng)軟件平臺(tái)和硬件的各個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)/指令傳輸。
[0007]上述方案中，所述偏心機(jī)構(gòu)為連桿機(jī)構(gòu)，連桿一端與觸桿連接，一端固定連接在轉(zhuǎn)軸上。
[0008]上述方案中，所述偏心機(jī)構(gòu)為偏心輪機(jī)構(gòu)，觸桿一端偏心鉸接在偏心輪端面，偏心輪固定安裝在轉(zhuǎn)軸上。
[0009]上述方案中，所述偏心機(jī)構(gòu)為曲軸機(jī)構(gòu)，觸桿與曲軸機(jī)構(gòu)凹形段部分連接，曲軸機(jī)構(gòu)兩端固定連接在轉(zhuǎn)軸上。
[0010]上述方案中，為了提高可靠性，同時(shí)滿足觸桿復(fù)位功能，在轉(zhuǎn)軸兩端均設(shè)置有卷簧和扭力傳感器，卷簧具有復(fù)位功能，在碰撞力消失后可以將觸桿復(fù)位。
[0011 ] 上述方案中，為了提高安全性，所述觸桿長(zhǎng)度滿足使觸桿前端伸出全方位移動(dòng)平臺(tái)邊緣至少2_的距離，便于在移動(dòng)平臺(tái)機(jī)體碰撞之前預(yù)知碰撞可能性，以降低實(shí)際移動(dòng)平臺(tái)發(fā)生碰撞的概率。
[0012]上述方案中，所述具有公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的影像系統(tǒng)由L旋轉(zhuǎn)臂、C型旋轉(zhuǎn)臂和X線影像設(shè)備組成，所述L旋轉(zhuǎn)臂安裝在全方位移動(dòng)平臺(tái)上，C型旋轉(zhuǎn)臂安裝在L旋轉(zhuǎn)臂末端，其中公轉(zhuǎn)是L旋轉(zhuǎn)臂繞X軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，自轉(zhuǎn)是C型旋轉(zhuǎn)臂繞Y軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，通過(guò)公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的配合可以實(shí)現(xiàn)影像系統(tǒng)繞等中心點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)。
[0013]上述方案中，所述X射線影像設(shè)備包括一套高壓發(fā)生器、X線球管和X線平板探測(cè)器，X射線影像設(shè)備均安裝在C型旋轉(zhuǎn)臂內(nèi)環(huán)。
[0014]本實(shí)用新型中所述各個(gè)關(guān)節(jié)是指機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)中各個(gè)活動(dòng)部件的每一個(gè)驅(qū)動(dòng)部分，如每個(gè)麥克納姆輪的驅(qū)動(dòng)部分，C型旋轉(zhuǎn)臂的驅(qū)動(dòng)部分，L旋轉(zhuǎn)臂的驅(qū)動(dòng)部分。
[0015]本實(shí)用新型所述方案的有益效果在于:1)采用全方位移動(dòng)平臺(tái)由移動(dòng)承載具有公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的影像系統(tǒng)，可以使得影像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的全方位移動(dòng)，能夠方便的實(shí)現(xiàn)移動(dòng)式介入診斷或者輔助治療；2)防碰撞仿真平臺(tái)因可以根據(jù)每個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)來(lái)規(guī)劃路徑，因此其防碰撞的覆蓋范圍較大，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體性上的防碰撞；3)防碰撞反饋機(jī)構(gòu)巧妙地采用觸桿與偏心機(jī)構(gòu)的組合，觸桿可以在移動(dòng)平臺(tái)機(jī)體與外部設(shè)備/物體發(fā)生碰撞前先碰撞，等同于設(shè)置了移動(dòng)平臺(tái)機(jī)體碰撞的安全閾值，可以降低碰撞概率，提高安全性；4)防碰撞系統(tǒng)由防碰撞仿真平臺(tái)與碰撞反饋機(jī)構(gòu)組成，構(gòu)成了兩級(jí)防碰撞機(jī)制，一層是基于軟件規(guī)劃與防碰撞，一層是基于機(jī)電結(jié)構(gòu)與控制技術(shù)進(jìn)行防碰撞檢測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型所述的方案示意圖。
[0017]圖2是本實(shí)用新型所述的碰撞反饋機(jī)構(gòu)的一種結(jié)構(gòu)示意圖，描述了其偏心機(jī)構(gòu)為偏心輪機(jī)構(gòu)。
[0018]圖3是本實(shí)用新型所述的碰撞反饋機(jī)構(gòu)的另一種結(jié)構(gòu)示意圖，描述了其偏心機(jī)構(gòu)為曲軸機(jī)構(gòu)。
[0019]圖4是本實(shí)用新型所述的具有公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的影像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖5是本實(shí)用新型所述的一種實(shí)施例示意圖。
[0021]附圖中，各數(shù)字代表的含義為:
[0022]1:移動(dòng)平臺(tái)機(jī)身；2:麥克納母輪；3:L旋轉(zhuǎn)臂；4:C型旋轉(zhuǎn)臂；5:高壓發(fā)生器；6:X線球管；7: X線平板探測(cè)器；8:觸桿；9:偏心輪；10:轉(zhuǎn)軸；11:卷簧；12:扭力傳感器；13:曲軸結(jié)構(gòu)；14:治療床。
具體實(shí)施例
[0023]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步詳述本實(shí)用新型，但本實(shí)用新型不僅限于所述實(shí)施例。
[0024]實(shí)施例一
[0025]本實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，一種具有防碰撞功能的移動(dòng)式機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)，包括:全方位移動(dòng)平臺(tái)，具有公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的影像系統(tǒng)，防碰撞系統(tǒng)與控制計(jì)算機(jī)。所述全方位移動(dòng)平臺(tái)由移動(dòng)平臺(tái)機(jī)身1和4個(gè)麥克納母輪2組成，其中4個(gè)麥克納母輪2的分為兩排，平行安放，同一排的麥克納母輪2分別安裝在移動(dòng)平臺(tái)機(jī)身1的兩端；所述具有公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的影像系統(tǒng)如圖4所示，由L旋轉(zhuǎn)臂3、C型旋轉(zhuǎn)臂4和X線影像設(shè)備組成，所述L旋轉(zhuǎn)臂3安裝在全方位移動(dòng)平臺(tái)1上，C型旋轉(zhuǎn)臂4安裝在L旋轉(zhuǎn)臂3末端，所述X射線影像設(shè)備包括一套高壓發(fā)生器5、X線球管6和X線平板探測(cè)器7，X射線影像設(shè)備均安裝在C型旋轉(zhuǎn)臂4內(nèi)環(huán)；其中公轉(zhuǎn)是L旋轉(zhuǎn)臂3繞X軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，自轉(zhuǎn)是C型旋轉(zhuǎn)臂4繞Y軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，通過(guò)公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的配合可以實(shí)現(xiàn)影像系統(tǒng)繞等中