一種具有防碰撞功能的移動式機器人手術系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及醫(yī)療設備領域，具體是一種具有防碰撞功能的移動式機器人手術系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著我國心腦血管、腫瘤等疾病的患者顯著增加，近年來，我國數(shù)字診療裝備平均增速在20%以上，多學科聯(lián)合治療的一站式復合手術系統(tǒng)憑借其優(yōu)勢，逐漸成為醫(yī)學領域勢不可擋的發(fā)展潮流。復合手術因借助介入治療設備及技術，精密且微創(chuàng)，并能將內(nèi)外科優(yōu)點有機地結(jié)合起來，充分體現(xiàn)以患者為中心，深受國內(nèi)醫(yī)生歡迎。而現(xiàn)有的外科手術醫(yī)療設備，以外科介入血管機為例，傳統(tǒng)的血管機操控系統(tǒng)與功能模塊較為單一，安裝模式也只能是通過天軌懸吊方式，或者落地式固定方式，而這既阻礙介入治療技術的深入開展，也束縛著復合手術室的個性化、多樣化設計。
[0003]因此，如何利用現(xiàn)有資源建立復合手術室，如何將大型血管機、X光機等治療設備整合，構(gòu)建一種靈活性高、綜合性好的，可以針對多種病癥手術一體式機器人手術系統(tǒng)，并且具備在不同科室之間移動，以適應以外科手術系統(tǒng)為主導的多科室復合治療，是未來外科手術系統(tǒng)的趨勢。然而，實現(xiàn)機器人手術系統(tǒng)的移動，不僅僅要解決其路徑規(guī)劃、室內(nèi)定位等問題，還需要解決其碰撞檢測問題，在移動過程中進行防碰撞的檢測與應急，實現(xiàn)安全移動與避讓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術不足，提供一種具有防碰撞功能的移動式機器人手術系統(tǒng)。
[0005]本實用新型的目的是通過下述技術方案來實現(xiàn)的:
[0006]—種具有防碰撞功能的移動式機器人手術系統(tǒng)，包括:全方位移動平臺，具有公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)機構(gòu)的影像系統(tǒng)，防碰撞系統(tǒng)與控制計算機；所述全方位移動平臺由移動平臺機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平臺機身的兩端；所述具有公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)機構(gòu)的影像系統(tǒng)安裝在全方位移動平臺上，其中公轉(zhuǎn)是繞X軸進行旋轉(zhuǎn)，自轉(zhuǎn)是繞1軸進行旋轉(zhuǎn)，通過公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的配合可以實現(xiàn)影像系統(tǒng)繞等中心點的旋轉(zhuǎn)；所述防碰撞系統(tǒng)由防碰撞仿真平臺與碰撞反饋機構(gòu)組成；所述防碰撞仿真平臺包括模型運動參數(shù)檢測模塊、碰撞檢測智能計算模塊、定位與路徑規(guī)劃模塊和可視化模塊；模型參數(shù)檢測模塊用于檢測系統(tǒng)模型中各個關節(jié)上伺服電機的編碼器輸出，并根據(jù)編碼器輸出值計算出模型各關節(jié)當前的運動參數(shù)，包括速度、加速度；定位與路徑規(guī)劃模塊，用于檢測模型在運動空間的當前位置，并根據(jù)模型運動參數(shù)計算出下一時刻模型位置，同時根據(jù)模型碰撞信息進行模型路徑規(guī)劃；碰撞檢測智能計算模塊，用于根據(jù)定位與路徑規(guī)劃模塊檢測的模型當前位置和下一時刻模型位置，智能計算出模型在下一時刻的碰撞關系；可視化模塊，用于根據(jù)模型各關節(jié)的運動參數(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；所述碰撞反饋機構(gòu)包括觸桿、偏心機構(gòu)、轉(zhuǎn)軸和扭力傳感器；所述觸桿連接在偏心機構(gòu)的一端，偏心機構(gòu)固定連接在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸安裝于全方位移動平臺上，且至少在轉(zhuǎn)軸一端設置有扭力傳感器；控制計算機，可以與系統(tǒng)軟件平臺和硬件的各個關節(jié)驅(qū)動器通信，進行數(shù)據(jù)/指令傳輸。
[0007]上述方案中，所述偏心機構(gòu)為連桿機構(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，所述偏心機構(gòu)為偏心輪機構(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，所述偏心機構(gòu)為曲軸機構(gòu)，觸桿與曲軸機構(gòu)凹形段部分連接，曲軸機構(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，同時滿足觸桿復位功能，在轉(zhuǎn)軸兩端均設置有卷簧和扭力傳感器，卷簧具有復位功能，在碰撞力消失后可以將觸桿復位。
[0011 ] 上述方案中，為了提高安全性，所述觸桿長度滿足使觸桿前端伸出全方位移動平臺邊緣至少2_的距離，便于在移動平臺機體碰撞之前預知碰撞可能性，以降低實際移動平臺發(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線影像設備組成，所述L旋轉(zhuǎn)臂安裝在全方位移動平臺上，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軸進行旋轉(zhuǎn)，自轉(zhuǎn)是C型旋轉(zhuǎn)臂繞Y軸進行旋轉(zhuǎn)，通過公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的配合可以實現(xiàn)影像系統(tǒng)繞等中心點的旋轉(zhuǎn)。
[0013]上述方案中，所述X射線影像設備包括一套高壓發(fā)生器、X線球管和X線平板探測器，X射線影像設備均安裝在C型旋轉(zhuǎn)臂內(nèi)環(huán)。
[0014]本實用新型中所述各個關節(jié)是指機器人手術系統(tǒng)中各個活動部件的每一個驅(qū)動部分，如每個麥克納姆輪的驅(qū)動部分，C型旋轉(zhuǎn)臂的驅(qū)動部分，L旋轉(zhuǎn)臂的驅(qū)動部分。
[0015]本實用新型所述方案的有益效果在于:1)采用全方位移動平臺由移動承載具有公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)機構(gòu)的影像系統(tǒng)，可以使得影像系統(tǒng)實現(xiàn)室內(nèi)的全方位移動，能夠方便的實現(xiàn)移動式介入診斷或者輔助治療；2)防碰撞仿真平臺因可以根據(jù)每個關節(jié)的運動參數(shù)來規(guī)劃路徑，因此其防碰撞的覆蓋范圍較大，可以實現(xiàn)系統(tǒng)整體性上的防碰撞；3)防碰撞反饋機構(gòu)巧妙地采用觸桿與偏心機構(gòu)的組合，觸桿可以在移動平臺機體與外部設備/物體發(fā)生碰撞前先碰撞，等同于設置了移動平臺機體碰撞的安全閾值，可以降低碰撞概率，提高安全性；4)防碰撞系統(tǒng)由防碰撞仿真平臺與碰撞反饋機構(gòu)組成，構(gòu)成了兩級防碰撞機制，一層是基于軟件規(guī)劃與防碰撞，一層是基于機電結(jié)構(gòu)與控制技術進行防碰撞檢測。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型所述的方案示意圖。
[0017]圖2是本實用新型所述的碰撞反饋機構(gòu)的一種結(jié)構(gòu)示意圖，描述了其偏心機構(gòu)為偏心輪機構(gòu)。
[0018]圖3是本實用新型所述的碰撞反饋機構(gòu)的另一種結(jié)構(gòu)示意圖，描述了其偏心機構(gòu)為曲軸機構(gòu)。
[0019]圖4是本實用新型所述的具有公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)機構(gòu)的影像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖5是本實用新型所述的一種實施例示意圖。
[0021]附圖中，各數(shù)字代表的含義為:
[0022]1:移動平臺機身；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。
具體實施例
[0023]下面結(jié)合附圖及實施例進一步詳述本實用新型，但本實用新型不僅限于所述實施例。
[0024]實施例一
[0025]本實施例的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，一種具有防碰撞功能的移動式機器人手術系統(tǒng)，包括:全方位移動平臺，具有公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)機構(gòu)的影像系統(tǒng)，防碰撞系統(tǒng)與控制計算機。所述全方位移動平臺由移動平臺機身1和4個麥克納母輪2組成，其中4個麥克納母輪2的分為兩排，平行安放，同一排的麥克納母輪2分別安裝在移動平臺機身1的兩端；所述具有公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)機構(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線影像設備組成，所述L旋轉(zhuǎn)臂3安裝在全方位移動平臺1上，C型旋轉(zhuǎn)臂4安裝在L旋轉(zhuǎn)臂3末端，所述X射線影像設備包括一套高壓發(fā)生器5、X線球管6和X線平板探測器7，X射線影像設備均安裝在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軸進行旋轉(zhuǎn)，自轉(zhuǎn)是C型旋轉(zhuǎn)臂4繞Y軸進行旋轉(zhuǎn)，通過公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的配合可以實現(xiàn)影像系統(tǒng)繞等中