自动控制高精度软组织切割机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种自动控制高精度软组织切割机器人系统。该机器人系统包括垂直导轨固定座1、垂直轨道2、丝杆联动螺母3、水平轨道步进电机固定座4、丝杆轴承5、水平轨道步进电机6、水平轨道7、滑块8、垂直轨道步进电机9、联轴器10、丝杆11、手术刀夹具12、丝杆轴承固定座13、法兰盘14、法兰盘与机械臂安装孔15、切割装置底架16、抽气导管17、真空吸盘18、待切割组织19、导气管20、真空气泵21、计算机22、手术刀夹具与丝杆联动螺母安装孔23、手术刀固定孔24、手术刀柄25、手术刀片26；本发明专利技术机器人固定模块可有效解决软组织变形造成的切割问题，横纵控制模块可实现切割长度和深度的精确控制。本发明专利技术的机器人精度高，准确调控切口形状，易于控制。

Automatic control of high precision soft tissue cutting robot

The invention discloses an automatic control system for a high-precision soft tissue cutting robot. The robot system includes vertical rail fixed seat 1, vertical track 2, screw linkage nut 3, horizontal track stepping motor fixed seat 4, wire rod bearing 5, horizontal track stepping motor 6, horizontal track 7, slide block 8, vertical track stepping motor 9, shaft shaft 10, silk pole 11, knife fixture 12, screw bearing fixed seat 13, flange. Disc 14, flange plate and mechanical arm installation hole 15, cutting device bottom 16, suction pipe 17, vacuum suction disc 18, cut tissue 19, trachea 20, vacuum gas pump 21, computer 22, operating knife fixture and silk rod linkage nut installation hole 23, operating knife fixed hole 24, operation knife handle 25, surgical blade 26; this invention robot fixed mold; this invention robot fixed mold; this invention robot fixed mould The block can effectively solve the cutting problem caused by soft tissue deformation, and the transverse longitudinal control module can realize precise control of cutting length and depth. The robot has high precision, accurately controls the shape of the incision and is easy to control.

【技术实现步骤摘要】
自动控制高精度软组织切割机器人
本专利技术涉及一种自动控制高精度软组织切割机器人，属于机器人
，具体为机器人结构设计。
技术介绍
当前，自动控制高精度软组织切割机器人系统研究为空白，主要以虚拟切割模型为主，大多数文献中提出的软组织切割模型一般多在经典形变模型基础上改进而来，常采用基于网格(Mesh-based)的方法建立。基于网格的切割模型，一般在仿真前将软组织对象所占据的三维空间剖分为由有限元(多采用四面体)集合所形成的网格，把切割过程建模为手术刀具与软组织几何模型之间的网格切割计算(即手术刀具切割面与网格之间的切割计算——四面体剖分)。虚拟建模无法解决现实中组织切割的问题，难以将虚拟模型与现实切割有机结合起来。
技术实现思路
本专利技术提出自动控制高精度软组织切割机器人，具有该结构特征的机器人可根据两排平行的真空吸盘模块自主实现切割组织对象的固定，根据相互垂直的丝杆模块通过步进电机精确控制手术刀切割的深度和长度。通过固定平台以及切割模块之间的协调配合，可精准切割出预想的切口形状。一种自动控制高精度软组织切割机器人，包括垂直导轨固定座、垂直轨道、丝杆联动螺母、水平轨道步进电机固定座、丝杆轴承、水平轨道步进电机、水平轨道、滑块、垂直轨道步进电机、联轴器、丝杆、手术刀夹具、丝杆轴承固定座、法兰盘、法兰盘与机械臂安装孔、切割装置底架、抽气导管、真空吸盘、待切割组织、导气管、真空气泵、计算机、手术刀夹具与丝杆联动螺母固定孔、手术刀固定孔、手术刀柄、手术刀片；一种自动控制高精度软组织切割机器人，由可配置真空吸盘的软组织固定支撑支架，以及横纵导轨控制的可安装不同种类刀片的刀柄夹具构成。吸盘的数量可根据被切割组织的大小变换。软组织通过装置上的真空吸盘固定，根据被切割组织的大小可选择真空吸盘的数量，真空吸盘通过抽气导管与真空气泵相连，根据不同组织重量以及表面的粗糙程度，控制电源输出不同的电压值来控制真空吸盘内气压，从而固定软组织，减小软组织变形带来的切割困难；横纵导轨精确控制手术刀横向和纵向的运动距离，进而精确控制软组织切口的长度和深度。垂直轨道步进电机受提前设定好的程序控制，步进电机与垂直轨道联轴器通过垂直导轨固定座与垂直导轨丝杆连接，垂直轨道联轴器与垂直轨道丝杆相连，丝杆穿过垂直导轨固定座上的丝杆轴承。垂直导轨丝杆与垂直轨道步进电机同步转动，使得穿过垂直丝杆的丝杆联动螺母在垂直丝杆导轨上做垂直运动。水平轨道步进电机受提前设定好的程序控制，步进电机与水平轨道联轴器通过水平导轨固定电机底座与水平导轨丝杆连接，水平轨道联轴器与水平轨道丝杆相连，丝杆穿过水平轨道丝杆轴承固定座上的丝杆轴承。水平导轨丝杆与水平轨道步进电机同步转动，使得穿过水平丝杆的丝杆联动螺母在水平丝杆导轨上做水平运动。水平轨道与垂直轨道通过水平轨道上的丝杆联动螺母与垂直轨道上的垂直导轨固定座连接，形成在设定范围内任意点的精确运动，继而控制切割的深度和长度；电源与真空气泵相连，真空气泵和气管相连接，气管与吸盘连接。本专利技术的优点在于：(1)软组织固定架可有效解决软组织变形的切割瓶颈；(2)软组织固定架上真空吸盘数量可根据软组织大小进行控制，具备灵活性；(3)切割夹具受横纵方向控制，在导程范围内，可以到达任意切割点，可切设定的切口深度和长度；(4)手术刀切割角度可根据手术刀夹具孔来调节角度，适合多样性切割，更贴合常人操作。附图说明图1是本专利技术的软组织切割机器人整体结构示意图；图2是本专利技术的整体结构标注；图3是手术刀夹具的结构标注；其中：1-垂直导轨固定座、2-垂直轨道、3-丝杆联动螺母、4-水平轨道步进电机固定座、5-丝杆轴承、6-水平轨道步进电机、7-水平轨道、8-滑块、9-垂直轨道步进电机、10-联轴器、11-丝杆、12-手术刀夹具、13-丝杆轴承固定座、14-法兰盘、15-法兰盘与机械臂安装孔、16-切割装置底架、17-抽气导管、18-真空吸盘、19-待切割组织、20-导气管、21-真空气泵、22-计算机、23-手术刀夹具与丝杆联动螺母安装孔、24-手术刀安装孔、25-手术刀柄、26-手术刀片。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。一种自动控制高精度软组织切割机器人，如图2和图3所示：垂直导轨固定座1、垂直轨道2、丝杆联动螺母3、水平轨道步进电机固定座4、丝杆轴承5、水平轨道步进电机6、水平轨道7、滑块8、垂直轨道步进电机9、联轴器10、丝杆11、手术刀夹具12、丝杆轴承固定座13、法兰盘14、法兰盘与机械臂安装孔15、切割装置底架16、抽气导管17、真空吸盘18、待切割组织19、导气管20、真空气泵21、计算机22、手术刀夹具与丝杆联动螺母安装孔23、手术刀安装孔24、手术刀柄25、手术刀片26；切割装置由可配置真空吸盘的软组织固定支撑支架，以及横纵导轨控制的可安装不同种类刀片的刀柄夹具构成。吸盘的数量可根据被切割组织的大小变换。软组织固定支架上安装有真空吸盘，根据被切割组织的大小可选择真空吸盘的数量，真空吸盘通过抽气导管与真空气泵相连，根据不同组织重量以及表面的粗糙程度，控制电源输出不同电压值来控制真空吸盘内的气压，从而固定软组织，减小软组织变形带来的切割困难；横纵导轨精确控制手术刀横向和纵向的运动距离，进而精确控制软组织切口的长度和深度。垂直轨道步进电机受提前设定好的程序控制，步进电机与垂直轨道联轴器通过垂直导轨固定座与垂直导轨丝杆连接，垂直轨道联轴器与垂直轨道丝杆相连，丝杆穿过垂直导轨固定座上的丝杆轴承。垂直导轨丝杆与垂直轨道步进电机同步转动，使得穿过垂直丝杆的丝杆联动螺母在垂直丝杆导轨上做垂直运动。水平轨道步进电机受提前设定好的程序控制，步进电机与水平轨道联轴器通过水平导轨固定电机底座与水平导轨丝杆连接，水平轨道联轴器与水平轨道丝杆相连，丝杆穿过水平轨道丝杆轴承固定座上的丝杆轴承。水平导轨丝杆与水平轨道步进电机同步转动，使得穿过水平丝杆的丝杆联动螺母在水平丝杆导轨上做水平运动。水平轨道与垂直轨道通过水平轨道上的丝杆联动螺母与垂直轨道上的垂直导轨固定座连接，形成在设定范围内任意点的精确运动，继而控制切割的深度和长度；所述的6-水平步进电机，9-垂直步进电机可根据不同被切割软组织的硬度来更换不同规格的步进电机。所述的24-手术刀固定孔位置可以更换，控制手术刀的切割角度。所述的18-真空吸盘规格可以选择，根据被切割组织来确定真空吸盘的规格。所述的2-垂直轨道，7-水平轨道可根据切口要求更换不同长度的导轨。工作过程：典型工作过程机器人步进电机控制工作，通过控制电机的转动速度和转动圈数精确的控制手术刀的位置。通过事先设计的运动控制算法，合理协调运动机器人的电机运动，使机器人按照预期的方式运动，切割不同深度和长度的切口。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.自动控制高精度软组织切割机器人，其特征在于，包括垂直导轨固定座(1)、垂直轨道(2)、丝杆联动螺母(3)、水平轨道步进电机固定座(4)、丝杆轴承(5)、水平轨道步进电机(6)、水平轨道(7)、滑块(8)、垂直轨道步进电机(9)、联轴器(10)、丝杆(11)、手术刀夹具(12)、丝杆轴承固定座(13)、法兰盘(14)、法兰盘与机械臂安装孔(15)、切割装置底架(16)、抽气导管(17)、真空吸盘(18)、待切割组织(19)、导气管(20)、真空气泵(21)、计算机(22)包括运动程序、手术刀夹具与丝杆联动螺母固定孔(23)、手术刀固定孔(24)、手术刀柄(25)、手术刀片(26)、控制器还有电机驱动器。切割装置由可配置真空吸盘的软组织固定支撑支架，以及横纵导轨控制的可安装不同种类刀片的刀柄夹具构成。吸盘的数量可根据被切割组织的大小变换。软组织固定支架上安装有真空吸盘，根据被切割组织的大小可选择真空吸盘的数量，真空吸盘通过抽气导管与真空气泵相连，根据不同组织重量以及表面的粗糙程度，控制电源输出不同电压值来控制真空吸盘内的气压，从而固定软组织，减小软组织变形带来的切割困难。横纵导轨精确控制手术刀横向和纵向的运动距离，进而精确控制软组织切口的长度和深度。垂直轨道步进电机受提前设定好的程序控制，步进电机与垂直轨道联轴器通过垂直导轨固定座与垂直导轨丝杆连接，垂直轨道联轴器与垂直轨道丝杆相连，丝杆穿过垂直导轨固定座上的丝杆轴承。垂直导轨丝杆与垂直轨道步进电机同步转动，使得穿过垂直丝杆的丝杆联动螺母在垂直丝杆导轨上做垂直运动。水平轨道步进电机受提前设定好的程序控制，步进电机与水平轨道联轴器通过水平导轨固定电机底座与水平导轨丝杆连接，水平轨道联轴器与水平轨道丝杆相连，丝杆穿过水平轨道丝杆轴承固定座上的丝杆轴承。水平导轨丝杆与水平轨道步进电机同步转动，使得穿过水平丝杆的丝杆联动螺母在水平丝杆导轨上做水平运动。水平轨道与垂直轨道通过水平轨道上的丝杆联动螺母与垂直轨道上的垂直导轨固定座连接，形成在设定范围内任意点的精确运动，继而控制切割的深度和长度。...

【技术特征摘要】
2017.08.31 CN 20171077003231.自动控制高精度软组织切割机器人，其特征在于，包括垂直导轨固定座(1)、垂直轨道(2)、丝杆联动螺母(3)、水平轨道步进电机固定座(4)、丝杆轴承(5)、水平轨道步进电机(6)、水平轨道(7)、滑块(8)、垂直轨道步进电机(9)、联轴器(10)、丝杆(11)、手术刀夹具(12)、丝杆轴承固定座(13)、法兰盘(14)、法兰盘与机械臂安装孔(15)、切割装置底架(16)、抽气导管(17)、真空吸盘(18)、待切割组织(19)、导气管(20)、真空气泵(21)、计算机(22)包括运动程序、手术刀夹具与丝杆联动螺母固定孔(23)、手术刀固定孔(24)、手术刀柄(25)、手术刀片(26)、控制器还有电机驱动器。切割装置由可配置真空吸盘的软组织固定支撑支架，以及横纵导轨控制的可安装不同种类刀片的刀柄夹具构成。吸盘的数量可根据被切割组织的大小变换。软组织固定支架上安装有真空吸盘，根据被切割组织的大小可选择真空吸盘的数量，真空吸盘通过抽气导管与真空气泵相连，根据不同组织重量以及表面的粗糙程度，控制电源输出不同电压值来控制真空吸盘内的气压，从而固定软组织，减小软组织变形带来的切割困难。横纵导轨精确控制手术刀横向和纵向的运动距离，进而精确控制软组织切口的长度和深度。垂直轨道步进电机受提前设定好的程序控制，步进电机与垂直轨道联轴器通过垂直导轨固定座与垂直导轨丝杆连接，垂直轨道联轴器与垂直轨道丝杆相连，丝杆穿过垂直导轨固定座上的丝杆轴承。垂直导轨丝杆与垂直轨道步进电机同步转动，使得穿过垂直丝杆的丝杆联动螺母在垂直丝杆导轨上做垂直运动。水平轨道步进电机受提前设定好的程序...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏柏泉，史沛轩，程彬，刘文勇，匡绍龙，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11