一种智能骨科手术系统技术方案

本发明专利技术适用于医疗器械领域，提供了一种智能骨科手术系统，所述系统包括交换机、手术定位装置和分别与交换机连接的手术规划和监控装置、C形臂X射线机和骨科手术机器人；所述骨科手术机器人包括机器人本体和固定在机器人本体上的机械臂、固定在机械臂上的智能骨钻、通信模块、机械臂控制模块、智能骨钻控制模块、以及手术机器人电气控制模块，所述智能骨钻包括手术电钻、套接在手术电钻的电钻头的引导机构、推进机构、双目视觉识别系统、固定在手术电钻上的压力传感器和骨钻控制器。本发明专利技术的智能骨科手术系统中的骨科手术机器人在导航基础上可以实现精确打孔功能，实现手术操作，从而提高手术的精度和稳定度，减轻医生的工作强度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于医疗器械领域，尤其涉及一种智能骨科手术系统。
技术介绍
随着交通运输业的不断发展，交通事故的发生也不断攀升，创伤已经成为全球的主要死因。骨科手术，种类复杂多变，虽然目前市面上已经有骨科手术机器人，但目前国内外的骨科手术机器人其只能完成对手术器械的辅助定位功能，在实际应用中并不能取代医生进行手术操作，虽然能够改善医生的劳动强度，但由于对手术的操作仍需要由医生完成，所以手术的准确性依然容易出现偏差，医生的劳动强度还是比较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种智能骨科手术系统，旨在解决现有技术的智能骨科手术系统的骨科手术机器人只能完成对手术器械的辅助定位功能的问题。本专利技术提供了一种智能骨科手术系统，所述智能骨科手术系统包括交换机和分别与交换机连接的手术规划和监控装置、C形臂X射线机、骨科手术机器人和手术定位装置；所述骨科手术机器人包括机器人本体和固定在机器人本体上的机械臂、固定在机械臂上的智能骨钻、通信模块、分别与机械臂和通信模块电连接的机械臂控制模块、分别与智能骨钻和通信模块电连接的智能骨钻控制模块、以及与智能骨钻控制模块和机械臂控制模块电连接的手术机器人电气控制模块，所述智能骨钻包括手术电钻、套接在手术电钻的电钻头的引导机构、推进机构、双目视觉识别系统、固定在手术电钻上的压力传感器和骨钻控制器，所述手术电钻、引导机构、双目视觉识别系统和压力传感器均安装在推进机构
上，骨钻控制器分别与手术电钻、推进机构、双目视觉识别系统和压力传感器电连接。在本专利技术中，由于现有技术的智能骨科手术系统中的骨科手术机器人包括智能骨钻，又由于骨科手术机器人的智能骨钻包括双目视觉识别系统，骨钻控制器与双目视觉识别系统电连接。因此不仅可以让远端医生通过双目视觉识别系统观看到手术操作的实时图像，还可以通过双目视觉识别系统在手术机器人动作之前进行坐标定位用，具体为通过双目视觉识别系统识别安装在患者或者是手术床上的手术定位装置上的图标，建立基于手术定位装置的立体坐标，并将骨科手术机器人和智能骨钻的坐标统一到通过基于手术定位装置确定的立体坐标中，指引手术机器人的机器臂到达相应的坐标位置和位姿状态。因此，本专利技术的骨科手术机器人在导航基础上可以实现精确打孔功能，实现手术操作，从而提高手术的精度和稳定度，减轻医生的工作强度，避免诸如人的疲劳、精神压力等因素对手术的干扰。附图说明图1是本专利技术实施例提供的智能骨科手术系统的结构示意图。图2是本专利技术实施例提供的骨科手术机器人的分解图。图3是本专利技术实施例提供的骨科手术机器人的立体图。图4是本专利技术实施例提供的智能骨钻的分解图。图5是本专利技术实施例提供的智能骨钻的立体图。图6是本专利技术实施例提供的手术定位装置的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。为了说明本专利技术所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。请参阅图1，本专利技术实施例提供的智能骨科手术系统包括手术规划和监控装置31、C形臂X射线机32、骨科手术机器人33和手术定位装置34。其中，手术规划和监控装置31：内置了一台图形工作站电脑的可人工移动的操作台，图形工作站电脑安装有专用的手术前规划软件和手术过程控制软件，使用者可以通过该操作台进行图形界面人机交互，实现人体骨骼三维重建、术前规划、手术机器人操控和手术中动态图像监控。C形臂X射线机32：用于在手术中拍摄病人水平和垂直两个方向的X光片，通过数据线传输至手术规划和监控装置31，通过空间变化算法实现多个空间坐标系的匹配，精确定位患者手术部位。手术规划和监控装置31、C形臂X射线机32和骨科手术机器人33分别与交换机35连接，使系统中各设备实现数据交互和命令的执行。其中交换机35可以是以太网交换机。请参阅图2和图3，本专利技术实施例提供的骨科手术机器人包括机器人本体233和固定在机器人本体233上的机械臂232、固定在机械臂232上的智能骨钻231、通信模块235、分别与机械臂232和通信模块235电连接的机械臂控制模块239、分别与智能骨钻231和通信模块235电连接的智能骨钻控制模块236、以及与智能骨钻控制模块236和机械臂控制模块239电连接的手术机器人电气控制模块。所述机械臂232具体可以为六轴机械臂。六轴机械臂232用于移动智能骨钻231到指定的手术位置。智能骨钻231用于对患者进行手术。机器臂控制模块239用于对六轴机械臂232进行控制。智能骨钻控制模块236对智能骨钻231进行控制。通信模块235可以是以太网交换机，以太网交换机用于把智能骨钻控制模块236和机械臂控制模块239等连接起来后与外部网络连接。手术机器人电气控制模块为整个骨科手术机器人提供电气控制。六轴机械臂232共有六个关节轴，由六个伺服电机直接通过谐波减速器、
同步带轮等驱动六个关节轴的旋转。因为六轴机械臂有六个轴，具有六个自由度，因此可以实现末端在机座关节的活动范围内以任意位姿到达任意空间位置。六轴机械臂232的六个关节轴均采用相同的结构，采用两种不同大小的伺服电机，其中旋转轴(S轴)、下臂轴(L轴)、上臂轴(U轴)采用大伺服电机，手腕放转轴(R轴)、手腕摆动轴(B轴)和手腕回转轴(T轴)采用小伺服电机。关节轴的大小模拟人体手臂的比例大小。这样，可以方便地以任意姿态到达可达范围中的任意一个空间位置。六轴机械臂232安装在机器人本体233的机器臂底座上。机器臂底座的末端为法兰，智能骨钻231通过法兰固定在六轴机械臂232上。智能骨钻231在六轴机械臂232到达指定位置后执行手术动作。机器人本体233外部左右各有三色光带244一条，可以发出多种不同颜色的光，分别由机械臂控制模块239和智能骨钻控制模块236控制，指示六轴机械臂的工作状态和骨科机器人的工作状态。机器人本体233底部装有四个滚轮241，使用时可以方便地进行移动。机器人本体233底部还装有电动脚撑242，由直流电机通过皮带轮带动脚撑的升起与降落。电动脚撑242的上下均装有限位开关240，以对电动脚撑242的运动量程进行限制。当电动脚撑242落下时，机器人本体233被固定在地上，当电动脚撑242升起后，机器人本体233可以方便地通过四个滚轮241来移动。脚撑电机243的控制由安装在机器人本体233后部移动推手237处的两个按钮控制。机器人本体233后部下方为机器人输入电源和控制接口处，分别装有电源输入接口250、电源开关249以及与外部连接的网络接口248。手术机器人电气控制模块包括电源输入插座、电源开关、电源滤波器、隔离变压器238、脚撑按钮246、脚撑电机控制电路、机械臂急停开关245、外接急停开关接口247等。其中隔离变压器238把整个骨科手术机器人的供电系统与市网隔离开来，增强了骨科手术机器人内部与市网的电气绝缘，增强了骨科
手术机器人的电气安全性。隔离变压器安装在骨科手术机器人安装支架的底部。机器人本体233还包括内部安装支架234。安装支架234是用于安装手术机器人其它部件的基座。请参阅图4和图5，本专利技术实施例提供的骨科手术机器人的智能骨钻包括手术电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能骨科手术系统，所述智能骨科手术系统包括交换机、手术定位装置和分别与交换机连接的手术规划和监控装置、C形臂X射线机和骨科手术机器人；其特征在于，所述骨科手术机器人包括机器人本体和固定在机器人本体上的机械臂、固定在机械臂上的智能骨钻、通信模块、分别与机械臂和通信模块电连接的机械臂控制模块、分别与智能骨钻和通信模块电连接的智能骨钻控制模块、以及与智能骨钻控制模块和机械臂控制模块电连接的手术机器人电气控制模块，所述智能骨钻包括手术电钻、套接在手术电钻的电钻头的引导机构、推进机构、双目视觉识别系统、固定在手术电钻上的压力传感器和骨钻控制器，所述手术电钻、引导机构、双目视觉识别系统和压力传感器均安装在推进机构上，骨钻控制器分别与手术电钻、推进机构、双目视觉识别系统和压力传感器电连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.24 CN 20151052162381.一种智能骨科手术系统，所述智能骨科手术系统包括交换机、手术定位装置和分别与交换机连接的手术规划和监控装置、C形臂X射线机和骨科手术机器人；其特征在于，所述骨科手术机器人包括机器人本体和固定在机器人本体上的机械臂、固定在机械臂上的智能骨钻、通信模块、分别与机械臂和通信模块电连接的机械臂控制模块、分别与智能骨钻和通信模块电连接的智能骨钻控制模块、以及与智能骨钻控制模块和机械臂控制模块电连接的手术机器人电气控制模块，所述智能骨钻包括手术电钻、套接在手术电钻的电钻头的引导机构、推进机构、双目视觉识别系统、固定在手术电钻上的压力传感器和骨钻控制器，所述手术电钻、引导机构、双目视觉识别系统和压力传感器均安装在推进机构上，骨钻控制器分别与手术电钻、推进机构、双目视觉识别系统和压力传感器电连接。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述手术电钻包括电钻头和驱动电钻头运行的电钻电机，骨钻控制器与手术电钻的电钻电机电连接。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述推进机构包括骨钻底座、直线导轨、载物平台、驱动电机、联轴器和滚...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙东辉，石训军，黄伟，梁锡杰，
申请(专利权)人：深圳市鑫君特智能医疗器械有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44