CN104636583A - 一种用于医疗机器人的专家控制系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于医疗机器人的专家控制系统及其实现方法，其包括专家控制器，其特征在于，所述专家控制器包括特征识别信息处理模块，所述特征识别信息处理模块分别与用于存储专家经验数据的存储模块、用于确定专家经验模型的逻辑决策推理模块通信连接，所述逻辑决策推理模块与所述控制规则模块通信连接，所述控制规则模块与医疗机器人通信连接；使医疗机器人具有一定的专家智能，辅助医生做出合理的治疗方案，使普通医生具备专家的诊疗水平，实现了对患者进行精确治疗的目的。

Description

一种用于医疗机器人的专家控制系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种骨科辅助牵引装置的控制系统，尤其涉及一种用于医疗机器人的专家控制系统及其实现方法。

背景技术

现在医院对前臂骨折进行正骨主要还是靠医生进行操作，一个医生对前臂进行牵引，另一位医生进行正骨，由于正骨时间比较长，因此牵引的医生会非常累，这样就推动了骨科牵引设备的产生。

现有技术中，通常的骨科辅助牵引装置有的利用转轮带动丝杆转动以实现对患者手臂的牵引；有的利用机械式气泵，通过手捏所述机械式气泵调节可伸缩式气缸的伸缩，以实现对患者手臂的牵引。上述骨科辅助牵引装置的缺点是对患者手臂牵引所使用的力度不够精准，并且医生在进行正骨、接骨、打石膏等操作的同时还需要腾出手来调整牵引的力度，影响了医生的治疗。

目前，国内外在小臂骨折治疗自动化方面的研究主要集中在智能化程度较高，甚至能完全替代医生工作的全自动化医疗机器人。但是这种机器人结构非常复杂，安全保护措施少，可靠性不易保证，几乎无法临床应用。

因此，现有技术有待于更进一步的改进和发展。

发明内容

本发明旨在解决上述现有技术中存在的问题，提出一种用于医疗机器人的专家控制系统及其实现方法，以实现对患者进行精确治疗的目的。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于医疗机器人的专家控制系统，其包括专家控制器，其中，所述专家控制器包括特征识别信息处理模块，所述特征识别信息处理模块分别与用于存储专家经验数据的存储模块、用于确定专家经验模型的逻辑决策推理模块通信连接，所述逻辑决策推理模块与所述控制规则模块通信连接，所述控制规则模块与医疗机器人通信连接。

优选地，所述存储模块包括经验规则单元与学习适应单元，所述学习适应单元分别与所述特征识别信息处理模块、所述控制规则模块通信连接，所述经验规则单元分别与所述逻辑决策推理模块、所述控制规则模块通信连接。

优选地，所述专家控制系统包括还所述微处理器与夹持平台，所述微控制器分别与电机驱动单元、气压传动单元通信连接，所述电机驱动单元、所述气压传动单元均与医疗机器人的机械执行单元相连接，所述气压传动单元与所述夹持平台相连接，所述机械执行单元与所述夹持平台相连接，所述电机驱动单元用于控制所述机械执行单元产生偏转力，所述气压传动单元用于控制所述夹持平台产生拉伸力与夹持力；所述微控制器设置有一开关单元，用于控制所述电机驱动单元、所述气压传动单元的运行状态；所述微控制器通过所述专家控制器确定的专家经验模型控制所述电机驱动单元、所述气压传动单元与所述机械执行单元的运行状态。

优选地，所述电机驱动单元包括第一隔离电路、模数转换电路与第二隔离电路，所述第一隔离电路、所述模数转换电路与所述第二隔离电路均与所述微控制器通信连接，所述第一隔离电路与第一驱动电路相连接，所述第一驱动电路与第一直流电机相连接，所述第一直流电机与所述机械执行单元相连接，所述第一直流电机配置有第一码盘，所述第一码盘与所述微控制器通信连接，所述第一驱动电路与所述第一直流电机之间接入第一电流采样电路，所述第一电流采样电路与所述模数转换电路相连接；所述第二隔离电路与第二驱动电路相连接，所述第二驱动电路与第二直流电机相连接，所述第二直流电机与所述机械执行单元相连接，所述第二直流电机配置有第二码盘，所述第二码盘与所述微控制器通信连接，所述第二驱动电路与所述第二直流电机之间接入第二电流采样电路，所述第二电流采样电路与所述模数转换电路相连接。

优选地，所述机械执行单元包括用于产生偏转力的齿轮传动机构以及用于粗调所述夹持平台的丝杠传动机构，所述第一直流电机与所述齿轮传动机构相连接，所述第二直流电机与所述丝杠传动机构相连接，所述齿轮传动机构、所述丝杠传动机构均与所述夹持平台相连接。

优选地，所述气压传动单元包括气源，所述气源依次与油水分离器、调压阀、油雾器相连通，所述油雾器分别与驱动气路、气囊调整气路相连通，所述驱动气路依次连通有五位三通阀、比例阀、气缸，所述气缸与所述夹持平台相连接；所述气囊调整气路依次连通有两位三通阀、减压阀、压力表与气囊；所述五位三通阀、所述两位三通阀均与所述微控制器的第一可编程逻辑模块通信连接，所述第一可编程逻辑模块通过一数模接口与所述比例阀通信连接，所述数模接口与所述微控制器的串行总线相连接；所述比例阀与所述气缸之间的所述驱动气路、所述压力表与所述气囊之间的气囊调整气路均与所述微控制器的模数接口通信连接。

一种使用所述专家控制系统的实现方法，其包括以下步骤：

通过特征识别信息处理模块向逻辑决策推理模块输入参数，所述逻辑决策推理模块从所述存储模块调取对应专家经验模型，然后将对应专家经验模型传输给控制规则模块，所述控制规则模块控制医疗机器人运行。

本发明提供的一种用于医疗机器人的专家控制系统及其实现方法，采用专家控制器、特征识别信息处理模块、存储模块、逻辑决策推理模块以及控制规则模块的技术手段，使医疗机器人具有一定的专家智能，辅助医生做出合理的治疗方案，使普通医生具备专家的诊疗水平，实现了对患者进行精确治疗的目的，比如将其应用到骨科牵引机器人领域，可以实现对小臂夹持力、偏转力以及拉伸力的柔性控制，解决了医生正骨过程中必须有两个大夫相互配合工作的难题，降低了医生的劳动强度。

附图说明

图1是发明中专家控制器的结构示意图；

图2是本发明中专家控制系统的总体结构示意图；

图3是本发明中微控制器的结构示意图；

图4是本发明中电机驱动单元的结构示意图；

图5是本发明中机械执行单元与气压传动单元的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。

本发明提供的一种用于医疗机器人的专家控制系统，如图1所示的，其包括专家控制器39，所述专家控制器39包括特征识别信息处理模块40，所述特征识别信息处理模块40分别与用于存储专家经验数据的存储模块41、用于确定专家经验模型的逻辑决策推理模块42通信连接，所述逻辑决策推理模块42与所述控制规则模块43通信连接，所述控制规则模块43与医疗机器人通信连接。

更进一步的，所述存储模块41包括经验规则单元44与学习适应单元45，所述学习适应单元45分别与所述特征识别信息处理模块40、所述控制规则模块43通信连接，所述经验规则单元44分别与所述逻辑决策推理模块42、所述控制规则模块43通信连接。

比如将上述专家控制系统应用到医疗机器人领域，如图2所示的，其包括微控制器1与夹持平台20，并且所述微控制器1分别与电机驱动单元35、气压传动单元36通信连接，所述电机驱动单元35、所述气压传动单元36均与医疗机器人的机械执行单元37相连接，所述气压传动单元36与所述夹持平台20相连接，所述机械执行单元37与所述夹持平台20相连接，所述电机驱动单元35用于控制所述机械执行单元37产生偏转力，所述气压传动单元35用于控制所述夹持平台20产生拉伸力与夹持力；所述微控制器1设置有一开关单元，用于控制所述电机驱动单元35、所述气压传动单元36的运行状态，所述微控制器1通过所述专家控制器39确定的专家经验模型控制所述电机驱动单元35、所述气压传动单元36与所述机械执行单元37的运行状态，进而控制所述夹持平台20完成拉伸、偏转、夹持等动作的协调控制及与外部设备的通信。

如图4所示的，所述电机驱动单元35包括第一隔离电路22、模数转换电路28与第二隔离电路29，所述第一隔离电路22、所述模数转换电路28与所述第二隔离电路29均与所述微控制器1通信连接，所述第一隔离电路22与第一驱动电路23相连接，所述第一驱动电路23与第一直流电机26相连接，所述第一直流电机26与所述机械执行单元37相连接，所述第一直流电机26配置有第一码盘25，所述第一码盘25与所述微控制器1通信连接，所述第一驱动电路23与所述第一直流电机26之间接入第一电流采样电路24，所述第一电流采样电路24与所述模数转换电路28相连接；所述第二隔离电路29与第二驱动电路30相连接，所述第二驱动电路30与第二直流电机33相连接，所述第二直流电机33与所述机械执行单元37相连接，所述第二直流电机33配置有第二码盘32，所述第二码盘32与所述微控制器1通信连接，所述第二驱动电路30与所述第二直流电机33之间接入第二电流采样电路31，所述第二电流采样电路31与所述模数转换电路28相连接。

更进一步的，如图5所示的，所述机械执行单元37包括用于产生偏转力的齿轮传动机构27以及用于粗调所述夹持平台20的丝杠传动机构34，所述第一直流电机26与所述齿轮传动机构27相连接，所述第二直流电机33与所述丝杠传动机构34相连接，所述齿轮传动机构27、所述丝杠传动机构34均与所述夹持平台20相连接。

在本发明的另一较佳实施例中，如图5所示的，所述气压传动单元36包括气源9，所述气源9依次与油水分离器10、调压阀11、油雾器12相连通，所述油雾器12分别与驱动气路、气囊调整气路相连通，所述驱动气路依次连通有五位三通阀13、比例阀16、气缸18，所述气缸18与所述夹持平台20相连接；所述气囊调整气路依次连通有两位三通阀14、减压阀17、压力表19与气囊21；所述五位三通阀13、所述两位三通阀14均与所述微控制器1的第一可编程逻辑模块8通信连接，所述第一可编程逻辑模块8通过一数模接口15与所述比例阀16通信连接，所述数模接口15与所述微控制器1的串行总线相连接；所述比例阀16与所述气缸18之间的所述驱动气路、所述压力表19与所述气囊21之间的气囊调整气路均与所述微控制器1的模数接口通信连接。

更进一步的，如图3所示的，所述开关单元包括激光传感器开关3、限位开关4、控制开关5与脚踏开关6，所述激光传感器开关3、所述限位开关4、所述控制开关5与所述脚踏开关6均与所述微控制器1的第二可编程逻辑模块38通信连接；所述微控制器1配置有一触摸屏7与一电源装置2，所述控制开关5用于控制所述丝杠传动机构34的运行状态，所述脚踏开关6用于控制所述气压传动单元36的运行状态，所述触摸屏7用于控制所述齿轮传动机构27的运行状态。

本发明还提供了一种使用所述专家控制系统的实现方法，其包括以下步骤：

通过特征识别信息处理模块40向逻辑决策推理模块42输入参数，所述逻辑决策推理模块42从所述存储模块41调取对应专家经验模型，然后将对应专家经验模型传输给控制规则模块43，所述控制规则模块43控制医疗机器人运行。

本发明的专家控制系统使用时，根据所述模糊逻辑决策模块42选取最优化的专家经验模型控制医疗机器人，产生的拉力会通过骨折病人的小臂传递到其大臂、接着传递到所述夹持平台20上，使所述夹持平台20上部会产生转动的趋势，但在所述夹持平台20之力传感器的作用下，并不会实际产生转动。同时，当大夫对病人骨折手臂进行正骨时，控制系统也可以实时判断出大夫的出力大小，提供一个可靠的受力数字量，这样控制系统就可以根据大夫的出力而对应调节所述夹持平台20加力的大小，实现了医疗机器人的柔性调节，使控制过程更加智能，并且增加了设备的安全性。此外，采用三环闭环算法控制驱动对应电机，还可以使伤者的手臂在安全范围内旋转，进而调整手臂的方向位置，使患者免受伤害，进一步丰富了机器的功能，免去了多余的人力劳动。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种用于医疗机器人的专家控制系统，其包括专家控制器，其特征在于，所述专家控制器包括特征识别信息处理模块，所述特征识别信息处理模块分别与用于存储专家经验数据的存储模块、用于确定专家经验模型的逻辑决策推理模块通信连接，所述逻辑决策推理模块与所述控制规则模块通信连接，所述控制规则模块与医疗机器人通信连接。

2.根据权利要求1所述的专家控制系统，其特征在于，所述存储模块包括经验规则单元与学习适应单元，所述学习适应单元分别与所述特征识别信息处理模块、所述控制规则模块通信连接，所述经验规则单元分别与所述逻辑决策推理模块、所述控制规则模块通信连接。

3.根据权利要求1所述的专家控制系统，其特征在于，所述专家控制系统还包括所述微处理器与夹持平台，所述微控制器分别与电机驱动单元、气压传动单元通信连接，所述电机驱动单元、所述气压传动单元均与医疗机器人的机械执行单元相连接，所述气压传动单元与所述夹持平台相连接，所述机械执行单元与所述夹持平台相连接，所述电机驱动单元用于控制所述机械执行单元产生偏转力，所述气压传动单元用于控制所述夹持平台产生拉伸力与夹持力；所述微控制器设置有一开关单元，用于控制所述电机驱动单元、所述气压传动单元的运行状态；所述微控制器通过所述专家控制器确定的专家经验模型控制所述电机驱动单元、所述气压传动单元与所述机械执行单元的运行状态。

4.根据权利要求3所述的专家控制系统，其特征在于，所述电机驱动单元包括第一隔离电路、模数转换电路与第二隔离电路，所述第一隔离电路、所述模数转换电路与所述第二隔离电路均与所述微控制器通信连接，所述第一隔离电路与第一驱动电路相连接，所述第一驱动电路与第一直流电机相连接，所述第一直流电机与所述机械执行单元相连接，所述第一直流电机配置有第一码盘，所述第一码盘与所述微控制器通信连接，所述第一驱动电路与所述第一直流电机之间接入第一电流采样电路，所述第一电流采样电路与所述模数转换电路相连接；所述第二隔离电路与第二驱动电路相连接，所述第二驱动电路与第二直流电机相连接，所述第二直流电机与所述机械执行单元相连接，所述第二直流电机配置有第二码盘，所述第二码盘与所述微控制器通信连接，所述第二驱动电路与所述第二直流电机之间接入第二电流采样电路，所述第二电流采样电路与所述模数转换电路相连接。

5.根据权利要求4所述的专家控制系统，其特征在于，所述机械执行单元包括用于产生偏转力的齿轮传动机构以及用于粗调所述夹持平台的丝杠传动机构，所述第一直流电机与所述齿轮传动机构相连接，所述第二直流电机与所述丝杠传动机构相连接，所述齿轮传动机构、所述丝杠传动机构均与所述夹持平台相连接。

6.根据权利要求5所述的专家控制系统，其特征在于，所述气压传动单元包括气源，所述气源依次与油水分离器、调压阀、油雾器相连通，所述油雾器分别与驱动气路、气囊调整气路相连通，所述驱动气路依次连通有五位三通阀、比例阀、气缸，所述气缸与所述夹持平台相连接；所述气囊调整气路依次连通有两位三通阀、减压阀、压力表与气囊；所述五位三通阀、所述两位三通阀均与所述微控制器的第一可编程逻辑模块通信连接，所述第一可编程逻辑模块通过一数模接口与所述比例阀通信连接，所述数模接口与所述微控制器的串行总线相连接；所述比例阀与所述气缸之间的所述驱动气路、所述压力表与所述气囊之间的气囊调整气路均与所述微控制器的模数接口通信连接。

7.一种使用如权利要求1所述专家控制系统的实现方法，其包括以下步骤：

通过特征识别信息处理模块向逻辑决策推理模块输入参数，所述逻辑决策推理模块从所述存储模块调取对应专家经验模型，然后将对应专家经验模型传输给控制规则模块，所述控制规则模块控制医疗机器人运行。