一种智能骨科系统技术方案

本发明专利技术提供了一种智能骨科系统，述系统包括：智能机器人、控制器和操作杆，其中：所述的智能机器人包括：可移动基座、七自由度机械臂和机器人末端执行器，所述可移动基座的底部设有可移动装置，所述的机器人操作杆的自由度数为机器人末端执行器的一半，操作杆位于智能机器人的手腕处并与机器人控制器相连以传输传递操纵者的手动操作信号，控制器位于智能机器人的底座内并与智能机器人以及操作杆相连结实现对智能机器人的控制，智能机器人安放于手术台边辅助主刀医师实现对患者的手术操作。

Intelligent Department of orthopedics system

The invention provides an intelligent Department of orthopedics system, the system includes: the intelligent robot, the controller and the operating lever, wherein: intelligent robot comprises a movable base, seven degrees of freedom manipulator and the end effector of a robot, the movable base is provided with a movable device, the robot operating lever the degrees of freedom of the robot end effector half wrist operating rod and connected in the intelligent robot manipulator to manual operation signal transmission and the robot controller, the base controller in the intelligent robot and intelligent robots and the lever are connected to achieve control of the intelligent robot, intelligent robot is placed on the operating table auxiliary the surgeon for surgical operation patients.

【技术实现步骤摘要】
一种智能骨科系统
本专利技术涉及骨科医疗器械
，特别是一种智能骨科系统。
技术介绍
随着机器人技术与医学科学的交叉发展，各种用途的医用机器人正在医学领域中得到越来越广泛的应用。手术机器人是其中的前沿研究热点之一。目前医疗机器人已经在脑神经外科、心脏修复、胆囊摘除手术、人工关节置换、整形外科、泌尿外科手术等方面取得了广泛的应用，在提高手 术效果和精度的同时，也不断开创新的应用领域。机器人与医生手工操作相比在某些方面具有极大的优势，因为机械手的定位更为准确、稳定且有力，可以避免外科医生长时间手术而带来的疲劳，以及可能造成外科医生手臂颤动，从而提高了手术的精度、稳定性以及安全性。正由于机器人的上述优点，手术机器人的临床应用已经展开到外科的各个领域。目前现有的手术机器人产品和技术主要是基于遥操作机器人的，即医师通过远程操纵装置来控制机器人完成各项动作。机器人在手术全程都由受过专业培训的医师来操作，基本不具备自主性。外科手术由于手术类型的不同，对手术机器人的要求也不同。骨科手术中常常需要精确的切削、磨削、固定等操作，这类操作对操作精度和力量要求较高，但动作比较简单，可以由机器人自主完成。因此，具有一定自主能力，能辅助医师完成这些费时费力操作的机器人装置，能大大减低医师的作业强度，节约手术时间，提高作业精度，减少创口大小，是骨科手术的迫切需要。
技术实现思路
为此，本专利技术提出一种智能骨科系统，可充分地消除由于现有技术的限制和缺陷导致的一个或多个问题。本专利技术另外的优点、目的和特性，一部分将在下面的说明书中得到阐明，而另一部分对于本领域的普通技术人员通过对下面的说明的考察将是明显的或从本专利技术的实施中学到。通过在文字的说明书和权利要求书及附图中特别地指出的结构可实现和获得本专利技术目的和优点。本专利技术提供了一种智能骨科系统，其特征在于，所述系统包括:智能机器人、控制器和操作杆，其中:所述的智能机器人包括:可移动基座、七自由度机械臂和机器人末端执行器，所述可移动基座的底部设有可移动装置，所述的机器人操作杆的自由度数为机器人末端执行器的一半，操作杆位于智能机器人的手腕处并与机器人控制器相连以传输传递操纵者的手动操作信号，控制器位于智能机器人的底座内并与智能机器人以及操作杆相连结实现对智能机器人的控制，智能机器人安放于手术台边辅助主刀医师实现对患者的手术操作。优选的，可移动基座作为整个装置的基座，七自由度机械臂固定安装于可移动基座的上方通过信号电缆与控制器相连并接受其控制信号，机器人末端执行器固定安装于机械臂末端的机械接口上并通过导线与控制器相连以接收控制信号，机器人末端执行器作为机器人的作业工具，包括手术用的骨锯、骨钻和夹持工具。优选的，所述可移动装置为滚轮。优选的，所述的七自由度机械臂的为开链式机构，包括:肩部、肘部和腕部，其中:肩部、腕部采用三关节轴线相互垂直交于一点的球副结构，便于运动控制算法的简化，肘部采用一个转动副，实现了肩部、腕部各具有三个自由度，肘部具有一个自由度。优选的，所述的机器人末端执行器的通过机械锁定装置固定安装于机械臂末端机械接口。 优选的，所述的控制器包括:中央控制模块、多轴运动控制模块、交流伺服驱动器、显示模块和传感模块，其中:中央控制模块通过局域网络与导航装置相连接，接受来自导航装置的导航指令，并将机器人位置、姿态等自身信息输出到导航装置，中央控制模块通过PCI总线与多轴运动控制模块相连接，中央控制模块完成机器人运动规划，并将指令发送到多轴运动控制模块，由后者具体实现机器人运动控制，中央控制模块通过IO接口与传感模块相连接，接受来自后者的传感信息，显示模块与中央控制模块相连，作为人机交互界面用于在工作过程中监控机器人工作状态，并通过触摸屏方式接受用户输入信息，可用于工作模式选择，工作参数设定，流伺服驱动器通过信号电缆与多轴运动控制模块相连接，接受来自中央控制模块的运动规划信息，按照控制算法完成插补运算，生成具体的驱动信号发送到各交流伺服驱动器，控制各电机运动以完成指令动作。优选的，所述的机器人操作杆，包括一个操纵控制杆和一个选择开关，均安装于机械臂末端，通过IO端口与中央控制模块相连接，将手动操纵信息传达到中央控制模块。优选的，所述的机器人操作杆的自由度数为机器人末端执行器的一半，因此将操纵动作分为两组模式，即进行位置平移操作和姿态调整操作，每组各三个自由度并由选择开关切换。与现有技术相比，本专利技术的突出特点是:1、自由度高，适用性强。现有智能骨科系统都是为特定手术作业设计的，如膝关节造型、开颅等，而本专利技术涉及的手术辅助机器人有7自由度，灵活性高，还具有冗余自由度，便于与医师协同作业。2、自主性较高，与目前已有的全手动遥操作手术机器人有本质的不同。本专利技术涉及的手术辅助机器人能自主实现手术前规划的操作动作，并可在手术中由医师随时进行调難iF.03、结构开放，能够作为基础平台与各种导航系统相结合。操作方式灵活，既可以与自动导航装置连接，在导航装置的引导下作为执行机构完成术前规划的操作，也可以作为独立的手术辅助器械在医师的操作下实现截骨、钻孔、磨削、固定等手术作业。4、操纵方便，且定位精度高。支持使用操纵杆的“手把手”式操纵，尤其适用于手术中操控机器人的需要。【附图说明】图1为根据本专利技术实施例的、智能骨科系统的结构示意图。图2为根据本专利技术实施例的、智能骨科系统的使用示意图。图3为根据本专利技术实施例的、智能骨科系统的控制器结构示意图。 【具体实施方式】下面将结合附图对本专利技术所述的【具体实施方式】作进一步说明。如图1和图2所示，本实施例包括:七自由度机器人1、控制器2和机器人操纵杆3，其中:机器人操纵杆3位于机器人本体I手腕处，与机器人控制器2相连，传递操纵者的手动操作信号；控制器2位于机器人本体I的底座内，并与机器人本体I以及机器人操纵杆3相连结，对机器人本体实施控制；机器人本体I使用中安放于手术台边，辅助主刀医师实现对患者的手术操作。所述的机器人本体I包括:可移动基座4、七自由度机械臂5、机器人末端执行器6，是整个装置的机械部分。其中:所述的可移动基座4，是整个装置的基座4。七自由度机械臂5固定安装于基座4上方，用于实现各种手术动作，通过信号电缆与控制器2相连，接受其控制信号。机器人末端执行器6是机器人的作业工具，本专利技术中特指手术器械，包括手术用的骨锯，骨钻，特定的夹持工具等，使用时固定安装于机械臂5末端的机械接口上，并有导线与控制器2相连，接受其控制信号。所述的可移动基座4，下面有四个万向轮7可以滚动移动，在工作时轮子脱离地面，由支承脚着地，使基座4稳定固定于地面，以获得较高的定位精度。基座4内的空间安放机器人控制器2。所述的七自由度机械臂5为一开链式机构，结构与人的手臂相似。大致可分为肩部8、肘部9、腕部10三部分构成。其中肩部8、腕部10采用三关节轴线相互垂直交于一点的球副结构，便于运动控制算法的简化，肘部9采用一个转动副。即肩部8、腕部10各具有三个自由度；肘部9具有一个自由度。由于有7个自由度，机械臂5末端可以以任意姿态到达手术区域内的任意位置。手术使用过程中，机械臂5可以以较大的力量稳定保持在任意位置姿态上，起到手术中的夹持固定作用；机械臂5可以手持手术器械在手术区域本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能骨科系统，其特征在于，所述系统包括：智能机器人、控制器和操作杆，其中：所述的智能机器人包括：可移动基座、七自由度机械臂和机器人末端执行器，所述可移动基座的底部设有可移动装置，所述的机器人操作杆的自由度数为机器人末端执行器的一半，操作杆位于智能机器人的手腕处并与机器人控制器相连以传输传递操纵者的手动操作信号，控制器位于智能机器人的底座内并与智能机器人以及操作杆相连结实现对智能机器人的控制，智能机器人安放于手术台边辅助主刀医师实现对患者的手术操作。

【技术特征摘要】
1.一种智能骨科系统，其特征在于，所述系统包括:智能机器人、控制器和操作杆，其中:所述的智能机器人包括:可移动基座、七自由度机械臂和机器人末端执行器，所述可移动基座的底部设有可移动装置，所述的机器人操作杆的自由度数为机器人末端执行器的一半，操作杆位于智能机器人的手腕处并与机器人控制器相连以传输传递操纵者的手动操作信号，控制器位于智能机器人的底座内并与智能机器人以及操作杆相连结实现对智能机器人的控制，智能机器人安放于手术台边辅助主刀医师实现对患者的手术操作。2.根据权利要求1所述的智能骨科系统，其特征是，可移动基座作为整个装置的基座，七自由度机械臂固定安装于可移动基座的上方通过信号电缆与控制器相连并接受其控制信号，机器人末端执行器固定安装于机械臂末端的机械接口上并通过导线与控制器相连以接收控制信号，机器人末端执行器作为机器人的作业工具，包括手术用的骨锯、骨钻和夹持工具。3.根据权利要求2所述的智能骨科系统，其特征是，所述可移动装置为滚轮。4.根据权利要求2所述的智能骨科系统，其特征是，所述的七自由度机械臂的为开链式机构，包括:肩部、肘部和腕部，其中:肩部、腕部采用三关节轴线相互垂直交于一点的球副结构，便于运动控制算法的简化，肘部采用一个转动副，实现了肩部、腕部各具有三个自由度，肘部具有一个自由度。5.根据权利要求2所述的智能骨科系统，其特征是，所述的机器人末端执行器的通过机械锁定装置固定安装于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建祥，
申请(专利权)人：江苏艾迪尔医疗科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：