一种手术用机器人制造技术

本发明专利技术提供一种手术用机器人，首先提供了监控全局和局部的视觉模块，能够对于第二末端执行器进行跟踪，便于用户始终能够观察到第二末端执行器的工作状态，并且根据主副显微镜拍摄到的图像生成立体图像，使得正在进行的手术能够以更加直观的形式被显示；进一步地，通过对视觉用辅助照明单元进行设计提升第二末端执行器所在位置的亮度，并且保证亮度均匀，从而有利于手术的进行。

Robot for operation

The present invention provides a surgical robot, provides the first global and local visual monitoring module, the second end effector tracking, is convenient for users to always be able to observe second end effector working state, and vice principal according to the image was taken from 3D image, the ongoing operation can be displayed in a more intuitive form; further, based on the visual auxiliary lighting unit to enhance brightness is the location of second end effector design, and ensure uniform brightness, and therefore facilitate the operation.

【技术实现步骤摘要】
一种手术用机器人
本专利技术涉及医疗器械领域，尤其涉及一种手术用机器人。
技术介绍
医用机器人，是指用于医院、诊所的医疗或辅助医疗的机器人。是一种智能型服务机器人，它能独自编制操作计划，依据实际情况确定动作程序，然后把动作变为操作机构的运动。其包括了多种类型：医用机器人，可识别周围情况及自身——机器人的意识和自我意识)，从事医疗或辅助医疗等工作。运送药品机器人，可代替护士送饭、送病例和化验单等，较为著名的有美国TRC公司的HelpMate机器人。移动病人机器人，主要帮助护士移动或运送瘫痪、和行动不便的病人，如英国的PAM机器人；外科手术机器人和诊断与治疗机器人，可以进行精确的外科手术或诊断，如日本的WAPRU－4胸部肿瘤诊断机器人；美国科学家正在研发一种手术机器人“达·芬奇系统”，这种手术机器人得到了美国食品和药物管理局认证。美国医用机器人还将被应用于军事领域。2005年，美国军方投资1200万美元研究“战地外伤处理系统”。这套机器人装置被安放在坦克和装甲车辆中，战时通过医生从总部传来的指令，机器人可以对伤者进行简单手术，稳定其伤情等待救援。康复机器人，可以帮助残疾人恢复独立生活能力，如美国的PrabCommand系统。护理机器人，能用来分担护理人员繁重琐碎的护理工作。新研制的护理机器人将帮助医护人员确认病人的身份，并准确无误地分发所需药品。将来，护理机器人还可以检查病人体温、清理病房，甚至通过视频传输帮助医生及时了解病人病情。由上述可知，医疗机器人种类繁多，用途甚广，本专利技术结合多年科研成果提供一种医疗机器人领域的医疗用精准定位控制装置。
技术实现思路
本专利技术提供一种手术用机器人。本专利技术是以如下技术方案实现的：一种手术用机器人，所述机器人包括：感知机械臂、执行机械臂、视觉模块、显示器、输入控制器和综合控制模块，所述感知机械臂、执行机械臂、视觉模块、显示器和输入控制器均与所述综合控制模块通讯连接；所述视觉模块与所述显示器通讯连接；所述视觉模块还包括视觉用辅助照明单元和视觉组件驱动单元，所述视觉用辅助照明单元用于满足手术执行过程中的亮度需求，所述视觉组件驱动单元用于驱动所述视觉模块中的组件进行机械运动；所述视觉用辅助照明单元和视觉组件驱动单元均与所述综合控制模块通讯连接；在所述感知机械臂和所述执行机械臂的末端分别设置有第一末端执行器和第二末端执行器。进一步地，所述视觉模块还包括CCD摄像头、精准定位用球机、精准定位用枪机、主显微用摄像模块和副显微用摄像模块；所述视觉模块还包括精准定位控制器和立体图像生成器，所述精准定位用球机和精准定位用枪机均与所述精准定位控制器通讯连接，所述主显微用摄像模块和副显微用摄像模块均与所述立体图像生成器通讯连接；所述精准定位用枪机包括摄像头，与摄像头连接通讯的模拟信号输出芯片以及所述模拟信号输出芯片连接通讯的放大电路处理模块；所述视觉用辅助照明单元包括基板和设置于所述基板之上的LED光源阵列，所述基板为圆形基板，所述LED光源沿所述基板的径向分布，所述基板中开设有一与所述基板为同心圆的通孔，透过所述通孔穿过一中空拍摄杆，所述中空拍摄杆终端设置有所述精准定位用枪机的摄像头，所述精准定位用枪机的其它结构均通过穿过所述中空拍摄杆的连接线与所述精准定位用枪机的摄像头通讯连接。进一步地，所述CCD摄像头安装于主显微镜附加的弧形导轨上以实现手术全局视场图像的采集；所述精准定位用球机用于拍摄手术全景，并将拍摄到的图像传输至精准定位控制器以使得所述精准定位控制器能够获取所述第二末端执行器所在具体位置；所述精准定位用枪机用于获取所述第二末端执行器所在具体位置，根据所述具体位置在所述视觉组件驱动单元的驱动下调整姿态拍摄所述第二末端执行器的工作场景；所述CCD摄像头和所述精准定位用枪机采集到的数据被传输至所述显示器以图像形式进行显示；所述主显微用摄像模块包括主显微摄像机和第一放大镜，所述主显微摄像机与主显微镜的输出光路相连，所述主显微摄像机得到的图像经过所述第一放大镜被输出值所述立体图像生成器；所述副显微用摄像模块包括副显微摄像机和第二放大镜，所述副显微摄像机与副显微镜的输出光路相连，所述副显微摄像机得到的图像经过所述第二放大镜被输出值所述立体图像生成器；所述立体图像生成器根据所述主显微用摄像模块和副显微用摄像模块输出的数据生成立体图像，并将所述立体图像传输至显示器。进一步地，所述精准定位控制器包括：获取模块，用于获取所述精准定位用球机拍摄到的图像；预处理模块，用于对所述图像进行灰度变换和中值滤波；图像分割模块，用于进行图像分割得到第二末端执行器所在区域；目标点获取模块，用于在所述得到的得到第二末端执行器所在区域定位第二末端执行器中心的具体位置；姿态调整指令处理模块，根据所述具体位置生成姿态调整指令，并将所述姿态调整指令传输至所述视觉组件驱动单元以使得所述视觉组件驱动单元驱动所述精准定位用枪机调整姿态。进一步地，所述感知机械臂上设置有用于获取驱动所述感知机械臂的运动指令和获取所述感知机械臂姿态的第一感知模块，所述执行机械臂上设置有用于获取所述执行机械臂的姿态的第二感知模块，所述第一感知模块和所述第二感知模块均与所述控制模块通讯连接；所述感知机械臂上设置有用于获取驱动所述感知机械臂的运动指令的第一控制器，所述执行机械臂上设置有控制所述执行机械臂运动的第二控制器，所述第一控制器与第一感知模块通讯连接；所述第二控制器与所述控制模块通讯连接；所述第一控制器还能够响应于控制模块的指令驱动感知机械臂进行运动；所述控制模块通过获取感知机械臂的姿态与所述执行机械臂的姿态得到所述执行机械臂相对于所述感知机械臂的姿态差，根据所述姿态差控制所述执行机械臂的运动以使得所述执行机械臂达到与所述感知机械臂相同的姿态；所述第一感知模块和所述第二感知模块上分别设置有第一力传感器和第二力传感器，所述控制模块还通过比较第一力传感器和第二力传感器产生的信号差来控制感知机械臂的运动；所述控制模块还将获取到的驱动所述感知机械臂的运动指令进行记录用于在后续的控制过程中能够脱离用户操作而自主使用所述运动指令生成的记录控制执行机械臂重现之间进行过的运动。进一步地，所述控制模块按照预设的能够感知力反射的非对称控制策略控制控制感知机械臂和执行机械臂的运动，所述能够感知力反射的非对称控制策略包括：所述感知机械臂的控制策略遵循公式其中τm＝Kf(Fm-Fs)，具体地，F0为操作者是加给感知机械臂的操纵力的向量；Fm为第一感知模块力传感器所受的力向量；Fs为第二感知模块上力传感器所受的力向量；τm为驱动感知机械臂的力向量；Mm为感知机械臂的质量矩阵；Bm为感知机械臂的阻尼矩阵；Xm为感知机械臂的姿态；Kf为力增益矩阵；Km为感知机械臂的刚度矩阵；所述执行机械臂的控制策略遵循公式其中，τs＝Ka(Xm-Xs)+Kv(Xm-Xs)+Kp(Xm-Xs)，具体地，Fe为执行机械臂与周围环境之间的作用力向量，τs为驱动执行机械臂的力向量；Ms为执行机械臂质量矩阵；Bs为执行机械臂的阻尼矩阵；Xs为执行机械臂的姿态；Kv为执行机械臂的速度增益矩阵；Kp为执行机械臂的位置增益矩阵；Ka为执行机械臂的加速度增益矩阵；Ks为执行机械臂的刚度矩阵。本专利技术的有益效果是：本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种手术用机器人，其特征在于，所述机器人包括：感知机械臂、执行机械臂、视觉模块、显示器、输入控制器和综合控制模块，所述感知机械臂、执行机械臂、视觉模块、显示器和输入控制器均与所述综合控制模块通讯连接；所述视觉模块与所述显示器通讯连接；所述视觉模块还包括视觉用辅助照明单元和视觉组件驱动单元，所述视觉用辅助照明单元用于满足手术执行过程中的亮度需求，所述视觉组件驱动单元用于驱动所述视觉模块中的组件进行机械运动；所述视觉用辅助照明单元和视觉组件驱动单元均与所述综合控制模块通讯连接；在所述感知机械臂和所述执行机械臂的末端分别设置有第一末端执行器和第二末端执行器。

【技术特征摘要】
1.一种手术用机器人，其特征在于，所述机器人包括：感知机械臂、执行机械臂、视觉模块、显示器、输入控制器和综合控制模块，所述感知机械臂、执行机械臂、视觉模块、显示器和输入控制器均与所述综合控制模块通讯连接；所述视觉模块与所述显示器通讯连接；所述视觉模块还包括视觉用辅助照明单元和视觉组件驱动单元，所述视觉用辅助照明单元用于满足手术执行过程中的亮度需求，所述视觉组件驱动单元用于驱动所述视觉模块中的组件进行机械运动；所述视觉用辅助照明单元和视觉组件驱动单元均与所述综合控制模块通讯连接；在所述感知机械臂和所述执行机械臂的末端分别设置有第一末端执行器和第二末端执行器。2.根据权利要求1所述的一种手术用机器人，其特征在于：所述视觉模块还包括CCD摄像头、精准定位用球机、精准定位用枪机、主显微用摄像模块和副显微用摄像模块；所述视觉模块还包括精准定位控制器和立体图像生成器，所述精准定位用球机和精准定位用枪机均与所述精准定位控制器通讯连接，所述主显微用摄像模块和副显微用摄像模块均与所述立体图像生成器通讯连接；所述精准定位用枪机包括摄像头，与摄像头连接通讯的模拟信号输出芯片以及所述模拟信号输出芯片连接通讯的放大电路处理模块；所述视觉用辅助照明单元包括基板和设置于所述基板之上的LED光源阵列，所述基板为圆形基板，所述LED光源沿所述基板的径向分布，所述基板中开设有一与所述基板为同心圆的通孔，透过所述通孔穿过一中空拍摄杆，所述中空拍摄杆终端设置有所述精准定位用枪机的摄像头，所述精准定位用枪机的其它结构通过穿过所述中空拍摄杆的连接线与所述精准定位用枪机的摄像头通讯连接。3.根据权利要求2所述的一种手术用机器人，其特征在于：所述CCD摄像头安装于主显微镜附加的弧形导轨上以实现手术全局视场图像的采集；所述精准定位用球机用于拍摄手术全景，并将拍摄到的图像传输至精准定位控制器以使得所述精准定位控制器能够获取所述第二末端执行器所在具体位置；所述精准定位用枪机用于获取所述第二末端执行器所在具体位置，根据所述具体位置在所述视觉组件驱动单元的驱动下调整姿态拍摄所述第二末端执行器的工作场景；所述CCD摄像头和所述精准定位用枪机采集到的数据被传输至所述显示器以图像形式进行显示；所述主显微用摄像模块包括主显微摄像机和第一放大镜，所述主显微摄像机与主显微镜的输出光路相连，所述主显微摄像机得到的图像经过所述第一放大镜被输出值所述立体图像生成器；所述副显微用摄像模块包括副显微摄像机和第二放大镜，所述副显微摄像机与副显微镜的输出光路相连，所述副显微摄像机得到的图像经过所述第二放大镜被输出值所述立体图像生成器；所述立体图像生成器根据所述主显微用摄像模块和副显微用摄像模块输出的数据生成立体图像，并将所述立体图像传输至显示器。4.根据权利要求3所述的一种手术用机器人，其特征在于：所述精准定位控制器包括：获取模块，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐承迪，
申请(专利权)人：杭州翼兔网络科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33