一种手术机器人质心倾斜监控装置及监控方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种手术机器人质心倾斜监控装置及监控方法，通过三维制图软件

【技术实现步骤摘要】
一种手术机器人质心倾斜监控装置及监控方法


[0001]本专利技术属于医疗器械领域，尤其是涉及一种手术机器人质心倾斜监控装置及监控方法
。

技术介绍

[0002]目前，手术机器人的重心倾覆通常采用在手术机器人四个支撑柱上加装压力传感器的方式进行防倾覆保护，具体是通过判断四个压力传感器的压力值是否在一定范围内保持一致来预判手术机器人是否有倾倒的风险，这种方法虽然可以达到保护目的，但是有以下几个问题：
1、
容易受到系统中某个压力传感器器件异常损坏导致没有及时反馈给控制器产生误报情况，产生的误报会对设备的可靠性产生极大影响；
2、
在手术机器人移动过程中如果移动过快，设置在支撑柱上的压力传感器实时性差，来不及检测支撑柱上的压力值，手术机器人就可能发生生了倾倒风险；另外压力传感器放置在手术机器人四个支撑柱上，压力值较大，需要大量程压力传感器，但大量程压力传感器价格较高，这导致手术机器人成本很高
。

技术实现思路

[0003]本专利技术致力于解决上面
技术介绍
中提出的问题，提供一种手术机器人质心倾斜监控装置及监控方法，可以实时监控手术机器人的质心倾斜情况，并做出防止倾斜的措施；另外可实时查看手术机器人的总倾覆力矩，在总倾覆力矩在安全数值范围内时可自由操作对手术机器人的各运动组件，防止因为出现倾倒趋势报警中止手术带来的手术延时影响
。
[0004]在本专利技术实施例的一个方面，提供一种手术机器人质心倾斜监控装置，其包括手术机器人，报警器，与所述手术机器人和所述报警器耦合的控制器，以及内置在所述控制器内的控制系统；所述手术机器人包括底座
、
以及与所述底座相连的多个运动组件，每个所述运动组件上均设置有驱动电机，在多个所述运动组件运动过程中，获取所述底座的质心和多个所述运动组件的实时质心到倾覆支撑点的水平距离，根据所述水平距离与所述底座和多个所述运动组件的重力计算所述底座和多个所述运动组件对倾覆支撑点的总倾覆力矩，当所述总倾覆力矩大于或等于极限倾覆力矩或小于零时，所述控制器控制所述报警器发出报警提示，并控制所述驱动电机停止转动
。
[0005]在本专利技术的一个实施例中，每个所述驱动电机上还设置有电机编码器，每个所述电机编码器将实时获取的所述运动组件相对于各自零位的运动距离和旋转角度传给所述控制器，所述控制器对所述运动距离和所述旋转角度进行处理得到每个所述运动组件相对于各自零位的水平运动距离，所述控制系统根据以所述水平运动距离为变量的总倾覆力矩公式计算所述底座和多个所述运动组件对所述倾覆支撑点的所述总倾覆力矩；多个所述运动组件按照运动执行的先后顺序包括依次相连的
n
个所述运动组件，
其中第一个所述运动组件与所述底座相连，第
n
个所述运动组件用于夹持手术器械；所述总倾覆力矩的计算公式为：
[0006]为所述底座的质心到所述倾覆支撑点的水平距离，为第个所述运动组件的实时质心到所述倾覆支撑点的水平距离
()
，为第个所述运动组件的零位质心到所述倾覆支撑点的水平距离，为第个所述运动组件相对其零位的水平运动距离，为所述底座的重力，为第个所述运动组件的重力
,
为第个所述运动组件的关节数量
。
[0007]在本专利技术的一个实施例中，每个所述运动组件和所述底座的零位质心坐标与重力，以及倾覆支撑点坐标通过三维制图软件建立所述手术机器人的初始位置的零位三维模型，赋予每个所述运动组件和所述底座材质获得，并内置在所述控制系统中；第个所述运动组件的零位质心到所述倾覆支撑点的水平距离通过第个所述运动组件的零位质心坐标和所述倾覆支撑点坐标运算得到
。
[0008]在本专利技术的一个实施例中，所述极限倾覆力矩是通过三维制图软件建立所述手术机器人的运动极限状态下的极限位三维模型，赋予每个所述运动组件和所述底座材质获得，并内置在所述控制系统中
。
[0009]在本专利技术的一个实施例中，所述三维制图软件包括
SOLIDWORKS、UG
和
CATIA
软件
。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，所述倾覆支撑点为支撑柱或支撑边
。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，多个所述运动组件包括与所述底座相连并能竖直方向升降的升降立柱
、
与所述升降立柱相连并能水平方向伸缩的伸缩横梁
、
与所述伸缩横梁相连并相对其能水平方向移动和水平面内转动的调整臂
、
以及与所述调整臂铰接的手术臂
。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，采用图像分析法获取所述底座的质心和多个所述运动组件的实时质心到所述倾覆支撑点的水平距离，具体采用吊装摄像机俯视所述手术机器人，通过所述摄像机捕捉所述底座和多个所述运动组件的外轮廓线，对所述外轮廓线经过图像分析获取所述底座的质心和多个所述运动组件的实时质心到所述倾覆支撑点的水平距离
。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，采用声波雷达定位法获取所述底座的质心和多个所述运动组件的实时质心到所述倾覆支撑点的水平距离，具体采用吊装超声波雷达传感器俯视所述手术机器人，通过所述超声波雷达传感器捕捉所述底座和多个所述运动组件的外轮廓线，通过声波分析获取所述底座的质心和多个所述运动组件的实时质心到所述倾覆支撑点的水平距离
。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，采用光栅尺长度检测法获取所述底座的质心和多个所述运动组件的实时质心到所述倾覆支撑点的水平距离，具体采用出厂时在所述手术机器人的多个所述运动组件上的关节上加装光栅尺并预先校正零位，所述手术机器人工作时实时采集光栅尺数据，获取所述底座的质心和多个所述运动组件的实时质心到所述倾覆支撑点的水平距离
。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，采用电磁导航定位法获取所述底座的质心和多个所述运动组件的实时质心到所述倾覆支撑点的水平距离，采用在所述手术机器人附近设置一个磁场发生器，在多个所述运动组件的关节上分别安装一个
EMN
感应传感器，所述控制器接收到每个所述
EMN
感应传感器传来的关节位置信息，进行处理得到所述底座的质心和多个所述运动组件的实时质心到所述倾覆支撑点的水平距离
。
[0016]在本专利技术实施例的另一方面，一种手术机器人质心倾斜监控方法，其包括以下步骤：步骤1，使用三维制图软件建立手术机器人初始位置的零位三维模型，赋予底座和每个运动组件材质，获得所述底座和每个所述运动组件的零位质心坐标
、
重力和倾覆支撑点坐标，并内置在控制系统中；步骤2，使用三维制图软件建立所述手术机器人的极限位置的极限位三维模型，赋予所述底座和每个所述运动组件材质，获得所述底座和每个所述运动组件的极限位置质心对所述倾覆支撑点的极限倾覆力矩，并内置在所述控制系统中；步骤3，所述手术机器人在运行时，控制器对每个电机编码器实时传来的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种手术机器人质心倾斜监控装置，其特征在于，其包括手术机器人，报警器，与所述手术机器人和所述报警器耦合的控制器，以及内置在所述控制器内的控制系统；所述手术机器人包括底座
、
以及与所述底座相连的多个运动组件，每个所述运动组件上均设置有驱动电机，在多个所述运动组件运动过程中，获取所述底座的质心和多个所述运动组件的实时质心到倾覆支撑点的水平距离，根据所述水平距离与所述底座和多个所述运动组件的重力计算所述底座和多个所述运动组件对倾覆支撑点的总倾覆力矩，当所述总倾覆力矩大于或等于极限倾覆力矩或小于零时，所述控制器控制所述报警器发出报警提示，并控制所述驱动电机停止转动
。2.
根据权利要求1所述的质心倾斜监控装置，其特征在于，每个所述驱动电机上还设置有电机编码器，每个所述电机编码器将实时获取的所述运动组件相对于各自零位的运动距离和旋转角度传给所述控制器，所述控制器对所述运动距离和所述旋转角度进行处理得到每个所述运动组件相对于各自零位的水平运动距离，所述控制系统根据以所述水平运动距离为变量的总倾覆力矩公式计算所述底座和多个所述运动组件对所述倾覆支撑点的所述总倾覆力矩；多个所述运动组件按照运动执行的先后顺序包括依次相连的
n
个所述运动组件，其中第一个所述运动组件与所述底座相连，第
n
个所述运动组件用于夹持手术器械；所述总倾覆力矩的计算公式为：的计算公式为：为所述底座的质心到所述倾覆支撑点的水平距离，为第个所述运动组件的实时质心到所述倾覆支撑点的水平距离
()
，为第个所述运动组件的零位质心到所述倾覆支撑点的水平距离，为第个所述运动组件相对其零位的水平运动距离，为所述底座的重力，为第个所述运动组件的重力
,
为第个所述运动组件的关节数量
。3.
根据权利要求2所述的质心倾斜监控装置，其特征在于，每个所述运动组件和所述底座的零位质心坐标与重力，以及倾覆支撑点坐标通过三维制图软件建立所述手术机器人的初始位置的零位三维模型，赋予每个所述运动组件和所述底座材质获得，并内置在所述控制系统中；第个所述运动组件的零位质心到所述倾覆支撑点的水平距离通过第个所述运动组件的零位质心坐标和所述倾覆支撑点坐标运算得到
。4.
根据权利要求1所述的质心倾斜监控装置，其特征在于，所述极限倾覆力矩是通
过三维制图软件建立所述手术机器人的运动极限状态下的极限位三维模型，赋予每个所述运动组件和所述底座材质获得，并内置在所述控制系统中
。5.
根据权利要求3或4所述的质心倾斜监控装置，其特征在于，所述三维制图软件包括
SOLIDWORKS、UG
和
CATIA
软件
。6.
根据权利要求1至4任一所述的质心倾斜监控装置，其特征在于，所述倾覆支撑点为支撑柱或支撑边
。7.
根据权利要求6所述的质心倾斜监控装置，其特征在于，多个所述运动组件包括与所述底座（2）相连并能竖直方向升降的升降立柱（3）
、
与所述升降立柱（3）相连并能水平方向伸缩的伸缩横梁（4）
、
与所述伸缩横梁（4）相连并相对其能水平方向移动和水平面内转动的调整臂（5）
、
以及与所述调整臂（5）铰接的手术臂（6）
。8.
根据权利要求1所述的质心倾斜监控装置，其特征在于，采用图像分析法获取所述底座的质心和多个所述运动组件的实时质心到所述倾覆支撑点的水平距离，具体采用吊装...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋海平，史文勇，
申请(专利权)人：科弛医疗科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：