血管腔内介入手术机器人的硬件架构制造技术

本实用新型专利技术提供了一种血管腔内介入手术机器人的硬件架构，包括运行上位机控制软件的大工控机和显示器、用于录像控制的小工控机和显示器、用于下位机控制的嵌入式电路板、用于驱动和控制机器人电机的电机驱动板和I/O控制板等四大部分组成。各部分在功能划分上分工明确，并通过总线方式相互配合，从而可快速、可靠的实现血管腔内介入手术机器人的人机交互、数据采集和精密控制等功能。据采集和精密控制等功能。据采集和精密控制等功能。

【技术实现步骤摘要】
血管腔内介入手术机器人的硬件架构


[0001]本技术涉及血管腔内介入手术机器人
，具体地，涉及一种血管腔内介入手术机器人的硬件架构。

技术介绍

[0002]近年来随着血管介入治疗在我国的兴起，形成了包括心血管介入治疗学、脑血管介入治疗学、血管外科学、介入放射学等等多个新兴的学科。由于血管介入治疗技术的不断进步和各种腔内器具的不断涌现和应用，许多原本不能采用血管介入治疗的病变已能获益于这一微创治疗，而且血管介入治疗的安全性、有效性和远期疗效不断改善。但是，目前的血管介入治疗也有其局限性。
[0003]在血管介入治疗过程中，医生需要借助基于X射线的数字剪影血管造影(DSA)的导引来完成手术，医生虽然配备含铅防护服，但是仍然无法保护医生的上肢和头部不受X射线辐射；且由于血管介入治疗的复杂性，往往需要长时间暴露于X射线环境中操作，医生的累计辐射量大；而且长时间穿着沉重的含铅防护服，加大了脊柱的压力负荷，已有较多报道显示血管介入医生的甲状腺癌、放射性晶状体损伤、腰椎病等的发生率明显高于其它学科的医生。全国从事血管腔内治疗操作的医护人员约70万人，全国每年进行血管腔内治疗超过一千万台次，与X射线相关的职业损伤已成为一个不可回避的问题，严重威胁着医生的健康状况和血管介入治疗学的长远发展。
[0004]现有的机器人控制多为利用工控机或嵌入式处理单元作为主控模块，直接控制机器人关节模组，从而实现对机器人的控制。此种控制方法设计简单，嵌入式主机和关节模组均有成熟厂商，因此只需在嵌入式主机上设计相关运动控制程序即能实现功能。然而，此种控制架构只有一个处理单元，往往在复杂系统时难以驾驭。大型的手术机器人，特备是血管介入手术机器人结构复杂、自由度多、可靠性要求高，从而对其硬件控制架构提出了新的要求。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本技术的目的是提供一种血管腔内介入手术机器人的硬件架构。
[0006]根据本技术提供的一种血管腔内介入手术机器人的硬件架构，包括上层构架、中间层构架以及底层构架，其中：
[0007]上层构架包括大工控机、小工控机；中间层构架包括嵌入式控制板；底层构架包括执行单元；
[0008]大工控机通过多个网口分别与多个嵌入式控制板连接；小工控机用于录像控制；
[0009]每个嵌入式控制板通过CAN总线连接对应的执行单元。
[0010]优选地，所述执行单元包括电机驱动板和/或I/O控制板。
[0011]优选地，大工控机采用X86架构，Windows操作系统，通过多个网口分别与下位机的
多个嵌入式控制板连接。
[0012]优选地，每个嵌入式控制板通过独立的CAN总线连接到不同的执行单元，多个嵌入式控制板相互之间互不干扰。
[0013]优选地，所述小工控机为X86架构，Windows操作系统，通过网络/视频接口与监控相机连接，通过视频分路器与DSA连接，小工控机还与显示器连接。
[0014]优选地，所述嵌入式控制板包括板载微处理器，所述板载微处理器采用32位Arm Cortex
‑
M3芯片。
[0015]优选地，所述电机驱动板包括驱动板处理器，所述驱动板处理器采用ELMO Driver芯片。
[0016]优选地，所述电机驱动板还包括CAN信号接口、CAN信号输出端子、有一路A,B,Z的相对位置编码器接口以及符合SSI协议的绝对位置编码器接口。
[0017]优选地，所述I/O控制板采用32位Arm Cortex
‑
M3芯片。
[0018]优选地，所述I/O控制板还包括CAN信号接口、16路光耦隔离信号输入接口以及16路信号输出接口。
[0019]与现有技术相比，本技术具有如下的有益效果：
[0020]1、本技术在结构上划分明确，并通过总线方式连接相互配合，实现各个功能的独立实现控制。
[0021]2、基于本技术的硬件结构，有助于实现对血管腔内手术机器人不同功能模块的功能划分和灵活配置，其不同功能单元与主控制工控机相解耦，保证了系统的灵活性、可靠性和可维护性。可快速、可靠的实现血管腔内介入手术机器人的人机交互、数据采集和精密控制等功能。
附图说明
[0022]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0023]图1为血管腔内手术机器人硬件控制架构整体控制框图。
[0024]图2为嵌入式控制板的电路示意图。
[0025]图3为电机驱动板的电路示意图。
[0026]图4为I/O控制板的电路示意图。
具体实施方式
[0027]下面结合具体实施例对本技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本技术，但不以任何形式限制本技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本技术的保护范围。
[0028]如图1至图4所示，根据本技术提供的一种血管腔内介入手术机器人的硬件架构，包括运行上位机控制软件的大工控机和显示器、用于录像控制的小工控机和显示器、用于下位机嵌入式控制的电路板、用于驱动和控制机器人电机的电机驱动板和I/O控制板等四大部分组成，各部分在功能上分工明确，并通过总线方式相互配合，从而可快速、可靠的
实现血管腔内介入手术机器人的人机交互、数据采集和精密控制等功能。
[0029]更为详细的，所述控制系统架构包括运行上位机控制软件的大工控机和显示器、用于录像控制的小工控机和显示器、用于下位机控制的嵌入式电路板、用于驱动和控制机器人电机的电机驱动板和I/O控制板等四大部分组成。大工控机为X86架构，Windows操作系统，运行机器人上位机软件，其通过7个网口与下位机的7个嵌入式控制板相连。所述小工控机为X86架构，Windows操作系统，其通过网络/视频接口接收监控相机的信号，通过视频分路器接收DSA的信号，并通过显示器显示上述视频图像。大工控机上分别具有多个网口用于连接多个嵌入式控制板，每个控制板设计相同但通过独立的CAN总线连接到不同的控制单元，相互之间互不干扰。所述嵌入式控制板通过网口接收上位机控制指令并转换成CAN信号与电机驱动控制板和I/O控制板相连，板载微处理器采用32位Arm Cortex
‑
M3芯片。电机驱动板拥有CAN信号接口并符合CANopen协议，可以通过CAN总线接收嵌入式控制板的信号并直接驱动机器人末端电机执行器运行。I/O控制板拥有CAN信号接口，可以通过CAN总线与嵌入式控制板通讯，从而可以检测/控制机器人末端各种按钮/指示灯状态，控制机器人的运行。每个电机驱动板均拥有2个CAN信号输出端子，用于CAN信号的组网；拥有一路A,B,Z的相对位置编码器接口和符合SSI协议的绝对位置编码器接口，并预留数字量输入、数字量输出和模拟量接口。I本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种血管腔内介入手术机器人的硬件架构，其特征在于，包括上层构架、中间层构架以及底层构架，其中：上层构架包括大工控机、小工控机；中间层构架包括嵌入式控制板；底层构架包括执行单元；大工控机通过多个网口分别与多个嵌入式控制板连接；小工控机用于录像控制；每个嵌入式控制板通过CAN总线连接对应的执行单元。2.根据权利要求1所述的血管腔内介入手术机器人的硬件架构，其特征在于，所述执行单元包括电机驱动板和/或I/O控制板。3.根据权利要求1所述的血管腔内介入手术机器人的硬件架构，其特征在于，大工控机采用X86架构，Windows操作系统，通过多个网口分别与下位机的多个嵌入式控制板连接。4.根据权利要求1所述的血管腔内介入手术机器人的硬件架构，其特征在于，每个嵌入式控制板通过独立的CAN总线连接到不同的执行单元，多个嵌入式控制板相互之间互不干扰。5.根据权利要求1所述的血管腔内介入手术机器人的硬件架构，其特征在于，所述小工控机为X86架构，Windows操作系统，通过网络/视频接口与监控相机连接，通过视频分路...

【专利技术属性】
技术研发人员：张进奇，钱磊，刘道志，刘奕琨，
申请(专利权)人：上海奥朋医疗科技有限公司，
类型：新型
国别省市：