用于正骨的机器人系统及工作方法技术方案

本发明专利技术提供了一种用于正骨的机器人系统及工作方法，包括多自由度串联机器人、传感组件、治疗椅以及医用X光机；治疗椅上设置有腿部支撑臂，腿部支撑臂上设置有小腿固定器，多自由度串联机器人的工作端设置有脚掌固定器；传感组件设置在多自由度串联机器人的工作端；医用X光机设置在治疗椅和多自由度串联机器人之间。通过将患者小腿与治疗椅相对固定、将患者脚掌与多自由度串联机器人相对固定，利用传感装置对患者足踝受力和运动状态进行实时检测，利用医用X光机对患者足踝图像进行实时反馈，提高了医生制定正骨运动轨迹的便捷性和准确性，多自由度串联机器人带动患者足踝完成正骨运动，对医生自身的力量没有要求，提高了医生操作的便捷性。操作的便捷性。操作的便捷性。

【技术实现步骤摘要】
用于正骨的机器人系统及工作方法


[0001]本专利技术涉及医用机器人
，具体地，涉及一种用于正骨的机器人系统及工作方法，尤其是，涉及一种足踝正骨机器人装置和工作方法。

技术介绍

[0002]人体足踝关节的关节面比髋、膝关节的关节面小，负担的重量与活动却很大，容易发生骨质、错位等损伤。暴力创伤、积累性劳损、骨质疏松等病理因素都可能导致足踝骨折错位。足踝骨折的主要表现为踝关节处疼痛、下肢功能受限、畸形等。足踝骨折、错误损伤如果治疗不当，可以导致患者后期运动障碍，甚至运动失能。
[0003]足踝骨折目前常用的治疗方式为：首先进行x线检查，中医正骨或西医手术复位，采用夹具进行患处固定。西医骨科医生一般对病人实施手术进行断骨开刀、打钢钉进行复位，病人身体及心理常需忍受较大痛苦。而中医有传统的正骨疗法。无需开刀手术，中医医师就可凭经验对足踝关节进行正骨，经过恢复，足踝关节折断处就会正位、长合。中医正骨技术可以大大减轻病人的痛苦，在全球获得广泛应用。
[0004]现有技术中的中医正骨存在如下不足，存在待改进之处：
[0005]1、正骨过程中缺乏实时图像检查，手术复位准确度不足；
[0006]2、对于体型高大的患者，对操作者自身的力量有要求。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种用于正骨的机器人系统及工作方法。
[0008]根据本专利技术提供的一种用于正骨的机器人系统及工作方法,包括多自由度串联机器人、传感组件、治疗椅以及医用X光机；所述治疗椅上设置有腿部支撑臂，所述腿部支撑臂上设置有小腿固定器，所述多自由度串联机器人的工作端设置有脚掌固定器；所述传感组件设置在多自由度串联机器人的工作端，且所述传感组件实时测量多自由度串联机器人对患者施加的正骨力度以及正骨运动位置；所述医用X光机设置在治疗椅和多自由度串联机器人之间，且所述医用X光机对患者关节损伤进行定位。
[0009]优选地，所述传感组件包括三轴力传感器和九轴运动传感器；所述三轴力传感器安装在多自由度串联机器人的工作端，用于实时测量多自由度串联机器人对患者施加的正骨力度；所述九轴运动传感器安装在多自由度串联机器人的工作端，用于实时测量正骨运动位置。
[0010]优选地，所述小腿固定器包括第一气囊，所述第一气囊环形包裹患者小腿；所述脚掌固定器包括第二气囊，所述第二气囊包被患者脚掌。
[0011]优选地，所述医用X光机包括医用C型X光机或医用G型X光机。
[0012]优选地，所述医用X光机上设置有UV紫外光光源。
[0013]优选地，还包括计算机，所述计算机包括分析子系统和通讯子系统；所述通讯子系
统与多自由度串联机器人、传感组件以及医用X光机信号连接，用于接收信号或发出指令；所述分析子系统处理通讯子系统接收的信息并生成控制指令。
[0014]根据本专利技术提供的一种用于正骨的机器人系统的工作方法，工作方法包括准备阶段和正骨阶段：
[0015]所述准备阶段包括如下步骤：
[0016]S1.1、患者坐在治疗椅上，借助小腿固定器将患者小腿固定在腿部支撑臂上，借助脚掌固定器将患者脚掌固定在多自由度串联机器人的工作端；
[0017]S1.2、将医用X光机放置到多自由度串联机器人和治疗椅之间，借助医用X光机对患者足踝关节部位进行定位和采集X光2D图片；
[0018]S1.3、计算机将多个X光2D图片和预准备的3D三维重建模型进行配准，完成复位路径规划，形成关节复位运动轨迹；
[0019]所述正骨阶段包括如下步骤：
[0020]S2.1、计算机向多自由度串联机器人发送控制指令，控制多自由度串联机器人按照关节复位运动轨迹运动；
[0021]S2.2、传感组件实施测量多自由度串联机器人对患者施加的正骨力度以及正骨运动位置，并反馈至计算机；医用X光机实时采集X光图片，并反馈至计算机；
[0022]S2.3、多自由度串联机器人带动患者关节沿关节复位轨迹运动完成正骨，再对患者的足踝关节部位进行固定。
[0023]优选地，针对步骤S1.2、医用X光机采集患者足踝的正面和侧面的X光图像，利用延长线交汇加优化调整算法获得旋转中心的位置，作为关节复位运动轨迹的参数。
[0024]优选地，针对步骤S1.3、预准备的3D三维重建模型由患者的CT检测得到。
[0025]优选地，所述计算机对多自由度串联机器人的控制包括主动控住和被动控制；主动控制：计算机按照关节复位运动轨迹向多自由度串联机器人发送指令，控制多自由度串联机器人运动；被动控制：控制手柄按照一定的轨迹运动，控制多自由度串联机器人运动。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0027]1、本专利技术通过将患者小腿与治疗椅相对固定、将患者脚掌与多自由度串联机器人的作用端相对固定，并利用传感装置对患者足踝受力和运动状态进行实时检测，利用医用X光机对患者足踝图像进行实时反馈，提高了医生制定正骨运动轨迹的便捷性和准确性，再通过多自由度串联机器人带动患者足踝完成正骨运动，对医生自身的力量没有要求，提高了医生操作的便捷性。
[0028]2、本专利技术通过X光进行足踝旋转中心判定，避免了现有的视觉定位系统存在干扰多、足踝旋转中心定位不准的问题，为多自由度串联机器人的位置校准提供了基础。
[0029]3、本专利技术通过在多自由度串联机器人运动过程中，医生随时可以暂停多自由度串联机器人的运动，且可以随时调整关节复位运动轨迹、切换主动控制和被动控制状态；医生对多自由度串联机器人的主动干涉，有助于进一步地提高正骨的准确度和安全性。
附图说明
[0030]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，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0031]图1为本专利技术主要体现机器人系统整体结构的示意图；
[0032]图2为本专利技术主要体现机器人系统工作方法流程图；
[0033]图3为本专利技术主要体现基于X影像获得的足踝部位正面和侧面的运动学中心。
[0034]图中所示：
[0035]多自由度串联机器人1
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UV紫外光光源6
[0036]三轴力传感器2
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小腿固定器7
[0037]九轴运动传感器3
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腿部支撑臂8
[0038]脚掌固定器4
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治疗椅9
[0039]医用X光机5
具体实施方式
[0040]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。
[0041本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于正骨的机器人系统，其特征在于，包括多自由度串联机器人(1)、传感组件、治疗椅(9)以及医用X光机(5)；所述治疗椅(9)上设置有腿部支撑臂(8)，所述腿部支撑臂(8)上设置有小腿固定器(7)，所述多自由度串联机器人(1)的工作端设置有脚掌固定器(4)；所述传感组件设置在多自由度串联机器人(1)的工作端，且所述传感组件实时测量多自由度串联机器人(1)对患者施加的正骨力度以及正骨运动位置；所述医用X光机(5)设置在治疗椅(9)和多自由度串联机器人(1)之间，且所述医用X光机(5)对患者关节损伤进行定位。2.如权利要求1所述的用于正骨的机器人系统，其特征在于，所述传感组件包括三轴力传感器(2)和九轴运动传感器(3)；所述三轴力传感器(2)安装在多自由度串联机器人(1)的工作端，用于实时测量多自由度串联机器人(1)对患者施加的正骨力度；所述九轴运动传感器(3)安装在多自由度串联机器人(1)的工作端，用于实时测量正骨运动位置。3.如权利要求1所述的用于正骨的机器人系统，其特征在于，所述小腿固定器(7)包括第一气囊，所述第一气囊环形包裹患者小腿；所述脚掌固定器(4)包括第二气囊，所述第二气囊包被患者脚掌。4.如权利要求1所述的用于正骨的机器人系统，其特征在于，所述医用X光机(5)包括医用C型X光机或医用G型X光机。5.如权利要求4所述的用于正骨的机器人系统，其特征在于，所述医用X光机(5)上设置有UV紫外光光源(6)。6.如权利要求1所述的用于正骨的机器人系统，其特征在于，还包括计算机，所述计算机包括分析子系统和通讯子系统；所述通讯子系统与多自由度串联机器人(1)、传感组件以及医用X光机(5)信号连接，用于接收信号或发出指令；所述分析子系统处理通讯子系统接收的信息并生成控制指令。7.一种用于正骨的机器人系统的工作方法，其特征在于，采用权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：唐鼎，施忠民，
申请(专利权)人：施忠民，
类型：发明
国别省市：