骨科手术机器人髋臼磨锉工具的精度测试系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种骨科手术机器人髋臼磨锉工具的精度测试系统及方法，包括：推力进给平台结构，具有运行方向；推力测量平台结构，位于推力进给平台结构的运行方向所处的路径；末端把持器，固接于所述推力进给平台结构；磨锉组件；压力传感器，固接于所述推力测量平台结构；控制模块，控制输入端与接近开关之间通过电路相连，所述控制模块的控制输出端分别与所述推力进给平台结构和所述磨锉组件之间通过电路相连。解决了在对骨科导航机器人系统的末端把持器及磨锉杆进行可靠性测试时，通过人工手动操作对磨锉杆施加的轴向力无法精确控制，同时也无法精确模拟全寿命下的末端把持器及磨锉杆进行磨锉时的受磨损情况，效率低下的技术问题。术问题。术问题。

【技术实现步骤摘要】
骨科手术机器人髋臼磨锉工具的精度测试系统及方法


[0001]本专利技术涉及骨科导航机器人手术器械
，具体而言，涉及一种骨科手术机器人髋臼磨锉工具的精度测试系统及方法。

技术介绍

[0002]目前，随着医疗机器人技术的发展，骨科手术导航机器人在临床医学手术领域被广泛应用。机器人辅助人工全髋关节置换术手术中通过末端把持器及磨锉杆对髋臼窝进行精确地磨锉，由于末端把持器及磨锉杆在磨锉过程中自身承受轴向、径向多方位的推力、摩擦力及动力产生的不间断扭矩，对末端把持器及磨锉杆可靠性提出了较高的要求，因此，对骨科导航机器人系统的末端把持器及磨锉杆在极端状态下的工作状况进行模拟测试成为必要的步骤。
[0003]现有技术中，对末端把持器及磨锉杆可靠性的测试方法是通过人工手持动力手机对磨锉杆施加轴向压力同时进行磨锉，时间间隔及动力手机的温度及冷却时间不宜掌握且控制不准确、进行多次测量时间冗长、效率低下，对磨锉杆施加的轴向力无法精确控制，无法精确模拟全寿命下的末端把持器及磨锉杆进行磨锉时的受磨损情况，同时全寿命的测试容易导致测试人员容易疲劳。

技术实现思路

[0004]为此，本专利技术提供了一种骨科手术机器人髋臼磨锉工具的精度测试系统及方法，以解决现有技术中在对骨科导航机器人系统的末端把持器及磨锉杆进行可靠性测试时，通过人工手动操作对于测试时间间隔及动力手机的温度与冷却时间不宜掌握且控制不准确、进行多次测量所耗费时间冗长、效率低下，而且对磨锉杆施加的轴向力无法精确控制，同时也无法精确模拟全寿命下的末端把持器及磨锉杆进行磨锉时的受磨损情况的技术问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]根据本专利技术的第一方面，提供了一种骨科手术机器人髋臼磨锉工具的精度测试系统，包括：
[0007]推力进给平台结构，具有一个运行方向；所述推力进给平台结构包括伺服电机、滑轨底座、丝杠、滑座平台；所述伺服电机的动能输出端与所述丝杠之间传动相连；所述滑轨底座位于所述丝杠的下方；所述滑座平台滑动设于所述滑轨底座，且所述滑座平台与所述丝杠之间相螺合装配；
[0008]推力测量平台结构，位于所述推力进给平台结构的运行方向所处的路径上，所述推力测量平台结构包括用于固定假骨的测量定位板；
[0009]末端把持器，固接于所述滑座平台；
[0010]磨锉组件，包括动力手机、磨锉杆和磨锉篮；所述动力手机与所述滑座平台之间相固接，所述磨锉杆的杆体一端与所述动力手机的动力输出端之间传动相连，且所述磨锉杆的杆体另一端与所述磨锉篮之间传动相连，所述磨锉篮与所述假骨之间相对应；所述磨锉
杆与所述末端把持器之间转动相连；
[0011]压力传感器，固接于所述测量定位板与所述假骨之间；
[0012]接近开关，固接于所述滑轨底座，且所述接近开关位于所述滑轨底座远离所述伺服电机的一侧端；
[0013]控制模块，控制输入端分别与所述压力传感器和所述接近开关之间通过电路相连，所述控制模块的控制输出端分别与所述伺服电机和所述动力手机之间通过电路相连。
[0014]作为本专利技术的进一步方案，还包括温度传感器。
[0015]所述温度传感器固接于所述动力手机的外表面，且所述温度传感器与所述控制模块的控制输入端之间通过电路相连，通过所述温度传感器实时监测所述动力手机的表面温度并即时反馈至所述控制模块。
[0016]作为本专利技术的进一步方案，所述控制模块具有数值预设输入端，通过所述数值预设输入端向所述控制模块内预设输入推力值、单次磨锉时间值、冷却时间值、循环次数值、工作温度范围以及温度提示值。
[0017]根据本专利技术的第二方面，提供了一种精度测试方法，应用了所述的骨科手术机器人髋臼磨锉工具的精度测试系统，所述方法包括：
[0018]PLC控制模块接收温度传感器发送的实时温度信号，通过温度传感器判断动力手机表面温度是否超过预设温度提示值，若是，则系统基于预设冷却时间值停止工作，直至动力手机表面温度处于预设的工作温度范围内；
[0019]PLC控制模块向动力手机发送控制信号，以使动力手机带动磨锉杆及磨锉篮工作；
[0020]压力传感器将压力信号转变为电信号传输给PLC控制模块；
[0021]PLC控制模块根据压力信号PID自动调节伺服电机转速；
[0022]伺服电机转动，带动丝杠转动，动力手机、末端把持器、磨锉杆、磨锉篮同时向推力测量平台结构移动，同时维持压力恒定至预设的推力值内，动力手机根据预设单次磨锉时间值转动后继续根据冷却时间值进行冷却为一次循环，以预设的循环次数值反复循环；
[0023]PLC控制模块通过接近开关判断假骨消耗速度，判断是否触动接近开关，若是，则说明假骨消耗完毕更换假骨，若否，则正常工作。
[0024]作为本专利技术的进一步方案，所述PLC控制模块接收温度传感器发送的实时温度信号，通过温度传感器判断动力手机表面温度是否超过预设温度提示值，若是，则系统基于预设冷却时间值停止工作，直至动力手机表面温度处于预设的工作温度范围内，其具体过程包括：
[0025]PLC控制模块通过温度传感器判断动力手机表面温度是否超过预设温度提示值60℃，若是，则系统控制报警机构发出警报并停止测试工作进行动力手机表面温度冷却，冷却时长为一个预设冷却时间值15min，直至动力手机表面温度处于预设的工作温度范围内，即低于28℃。
[0026]作为本专利技术的进一步方案，所述PLC控制模块向动力手机发送控制信号，以使动力手机带动磨锉杆及磨锉篮工作，其具体过程包括：
[0027]PLC控制模块控制动力手机启动，动力手机的动能输出端带动磨锉杆及磨锉篮旋转工作，磨锉篮接触假骨开始磨锉。
[0028]作为本专利技术的进一步方案，所述压力传感器将压力信号转变为电信号传输给PLC
控制模块，PLC控制模块根据压力信号PID自动调节伺服电机转速，其具体过程包括：
[0029]位于假骨磨锉面后端的压力传感器将磨锉时接收到的压力信号转变为4～20mA电信号实时传输给PLC控制模块。
[0030]PLC控制模块根据获取到的压力信号PID，基于预设的推力值参数100N实时控制调整推力进给平台结构中伺服电机的输出转速。
[0031]作为本专利技术的进一步方案，所述伺服电机转动，带动丝杠转动，动力手机、末端把持器、磨锉杆、磨锉篮同时向推力测量平台结构移动，同时维持压力恒定至预设的推力值内，动力手机根据预设单次磨锉时间值转动后继续根据冷却时间值进行冷却为一次循环，以预设的循环次数值反复循环，其具体过程包括：
[0032]伺服电机转动工作同步带动丝杠转动，根据滚珠丝杠原理通过丝杠使滑座平台以恒定的速度向假骨的方向移动，同时设于滑座平台的动力手机和末端把持器带动磨锉杆和磨锉篮以恒定的速度向假骨的方向移动，向磨锉篮施加磨锉假骨时所需的推力。
[0033]磨锉篮在持续进行推进磨锉时，压力传感器继续将磨锉时接收到的不规则压力信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种骨科手术机器人髋臼磨锉工具的精度测试系统，其特征在于，所述精度测试系统包括：推力进给平台结构，具有一个运行方向；所述推力进给平台结构包括伺服电机、滑轨底座、丝杠、滑座平台；所述伺服电机的动能输出端与所述丝杠之间传动相连；所述滑轨底座位于所述丝杠的下方；所述滑座平台滑动设于所述滑轨底座，且所述滑座平台与所述丝杠之间相螺合装配；推力测量平台结构，位于所述推力进给平台结构的运行方向所处的路径上，所述推力测量平台结构包括用于固定假骨的测量定位板；末端把持器，固接于所述滑座平台；磨锉组件，包括动力手机、磨锉杆和磨锉篮；所述动力手机与所述滑座平台之间相固接，所述磨锉杆的杆体一端与所述动力手机的动力输出端之间传动相连，且所述磨锉杆的杆体另一端与所述磨锉篮之间传动相连，所述磨锉篮与所述假骨之间相对应；所述磨锉杆与所述末端把持器之间转动相连；压力传感器，固接于所述测量定位板与所述假骨之间；接近开关，固接于所述滑轨底座，且所述接近开关位于所述滑轨底座远离所述伺服电机的一侧端；控制模块，控制输入端分别与所述压力传感器和所述接近开关之间通过电路相连，所述控制模块的控制输出端分别与所述伺服电机和所述动力手机之间通过电路相连。2.根据权利要求1所述的骨科手术机器人髋臼磨锉工具的精度测试系统，其特征在于，还包括温度传感器；所述温度传感器固接于所述动力手机的外表面，且所述温度传感器与所述控制模块的控制输入端之间通过电路相连，通过所述温度传感器实时监测所述动力手机的表面温度并即时反馈至所述控制模块。3.根据权利要求1所述的骨科手术机器人髋臼磨锉工具的精度测试系统，其特征在于，所述控制模块具有数值预设输入端，通过所述数值预设输入端向所述控制模块内预设输入推力值、单次磨锉时间值、冷却时间值、循环次数值、工作温度范围以及温度提示值。4.一种精度测试方法，其特征在于，应用于如权利要求1
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3任一项所述的骨科手术机器人髋臼磨锉工具的精度测试系统，所述方法包括：PLC控制模块接收温度传感器发送的实时温度信号，通过温度传感器判断动力手机表面温度是否超过预设温度提示值，若是，则系统基于预设冷却时间值停止工作，直至动力手机表面温度处于预设的工作温度范围内；PLC控制模块向动力手机发送控制信号，以使动力手机带动磨锉杆及磨锉篮工作；压力传感器将压力信号转变为电信号传输给PLC控制模块；PLC控制模块根据压力信号PID自动调节伺服电机转速；伺服电机转动，带动丝杠转动，动力手机、末端把持器、磨锉杆、磨锉篮同时向推力测量平台结构移动，同时维持压力恒定至预设的推力值内，动力手机根据预设单次磨锉时间值转动后继续根据冷却时间值进行冷却为一次循环，以预设的循环次数值反复循环；PLC控制模块通过接近开关判断假骨消耗速度，判断是否触动接近开关，若是，则说明假骨消耗完毕更换假骨，若否，则正常工作。
5.根据权利要求4所述的精度测试方法，其特征在于，所述PLC控制模块接收温度传感器发送的实时温度信号，通过温度传感器判断动力手机表面温度是否超过预设温度提示值，若是，则系统基于预设冷却时间值停止工作，直至动力手机表面温度处于预设的工作温度范围内，其具体过程包括：PLC控制模块通过温度传感器判断动力手机表面温度是否超过预设温度提示值60℃，若是，则系统控制报警机构发出警报并停止测试工作进行动力手机表面温度冷却，冷却时长为一个预设冷却时间值15min，直至动力手机表面温度处于预设的工作温度范围内，即低于28℃。6.根据权利要求5所述的精度测试方法，其特征在于，所述PLC控制模块向动力手机发送控制信号，以使动力手机带动磨锉杆及磨锉篮工作，其具体过程包括：PLC控制模块控制动力手机启动，动力手机的动能输出端带动磨锉杆及磨锉篮旋转工作，磨锉篮接触假骨开始磨锉。7.根据权利要求6所述的精度测试方法，其特征在于，所述压力传感器将压力信号转变为电信号传输给PLC控制模块，PLC控制模块根据压力信号PID自动调节伺服电机转...

【专利技术属性】
技术研发人员：张逸凌，刘星宇，
申请(专利权)人：张逸凌，
类型：发明
国别省市：