CN105920739B - 一种基于六自由度工业机械臂的治疗床控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于医疗机械设备技术领域，公开了一种基于六自由度工业机械臂的治疗床控制装置，包括：六自由度工业机器人，乘载病人的治疗床板，及具有实时监控保护功能的治疗床控制系统。所述六自由度工业机器人的外围安装有防触碰保护罩；所述承载病人的治疗床板边沿设置有防碰撞传感器；所述具有实时监控保护功能的治疗床控制系统包括有治疗床控制器、人机交互系统、工业机器人控制柜。采用本发明提供的这种基于六自由度工业机械臂的治疗床控制装置搭载病人进行治疗，充分展现出了其所具有的实时性好，运动速度快，运行安全平稳的特点，能够较好地应对运动空间有限而发生碰撞的情况，大大地提高手术治疗的工作效率和安全性。

Description

一种基于六自由度工业机械臂的治疗床控制装置

技术领域

本发明属于医疗机械设备技术领域，主要涉及到用于手术治疗中的一种基于六自由度工业机械臂的治疗床控制装置。

背景技术

目前，医疗电子机械设备的发展对先进治疗技术的发展起到了巨大的帮助，但是在某些治疗方式中还有很大的改进空间。例如在针对肿瘤的治疗技术方面，放射治疗法是一种最为有效的治疗手段之一，在医生对病人进行放射治疗时，一般需要将病人先从病床上转移到手推车后再运送至放射治疗室，再将其送上放射治疗床板上，最后启动设备通过治疗床将病人送达治疗仪（放射治疗加速器）下的指定位置进行放疗。然而现有的放射治疗床装置大多都是一个距离放射主机较近，只能在一个较小范围内实现水平或纵向移动的长方体，故在进行传送病人时，会出现空间狭小影响医务人员操作等情况。例如中国专利CN102872541 A公开的一种放射治疗床装置，利用智能机械臂将病人连同治疗床面放置到加速器室内预定的治疗位置，并采用视觉跟踪系统可以保证病人定位的精度，在一定的情况上解决了影响医生站位的问题，提高了工作效率和昂贵加速器使用效率。但该方案在一些特殊环境下，特别是在治疗床传送过程中由于放射治疗室的空间有限而容易造成机械臂与四周环境碰撞或机械臂和床板间相撞的情况，从而给病人带来严重的影响，有进一步改进的必要。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提出了一种基于六自由度工业机械臂的治疗床控制装置，在进行病人运载传送时可以很好的解决传送空间不足、传送时防止发生碰撞事故等问题，且工作效率高、定位精确、操作简便。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于六自由度工业机械臂的治疗床控制装置。包括：

一个六自由度工业机器人，乘载病人的治疗床板，治疗床控制系统。

所述六自由度工业机械人的外围安装有防触碰保护罩；所述乘载病人的治疗床板边沿设置有防碰撞传感器；所述治疗床控制系统包括：治疗床控制器、人机交互系统、工业机器人控制柜。

本发明设计了，所述六自由度工业机器人的底座安装于一根固定滑动导轨上，所述六自由度工业机器人的底座的外围安装有第一防触碰保护罩，腰部机械臂的外围安装有第二防触碰保护罩，大臂机械臂的外围安装有第三防触碰保护罩；小臂机械臂的外围安装有第四防触碰保护罩，其腕部两根机械臂的外围分别安装有第五防触碰保护罩和第六防触碰保护罩；所述六自由度工业机器人的每个机械臂表面以均布的方式安装有支撑弹簧，每个支撑弹簧的一端与机械臂相连，另一端与防触碰保护罩相连，且在每个支撑弹簧与机械臂连接的位置处都设置有电子开关器件，用于检测防触碰保护罩是否被触及，从而对机械臂进行防碰撞保护。

本发明设计了，所述乘载病人的治疗床板的床板边沿均布有防碰撞传感器，防碰撞传感器的连接线通过位于床板边沿凹槽内的排线盒固定于床板四周。

本发明设计了，所述治疗床控制系统，考虑到目前工业机器人的控制系统的功能比较成熟，控制系统硬件和配套软件相对完善，故治疗床控制系统硬件包括有：治疗床控制器、人机交互系统、工业机器人控制柜；所述治疗床控制器通过工业总线与工业机器人控制柜进行通讯连接，并留有与外界其他控制系统连接的通讯接口，用于实现治疗床的外部控制，提高了治疗床控制系统的效率和稳定性，且成本较低，可扩展性和灵活性较高。

本发明设计了，所述治疗床控制系统软件包括有：信息采集模块、自动控制模块、手动控制模块、复位控制模块、显示报警模块；所述信息采集模块能即时采集到治疗过程中治疗床的运行状况信息，并传送给治疗床控制器；所述自动控制模块具有运动轨迹自动修复功能，能快速排除故障；操作人员可在手动控制模块下对治疗床进行前后、左右、上下、俯仰、旋转的运动控制；所述复位控制模块设置有一键复位按键，能快速准确地将治疗床返回到初始位置；所述显示报警模块设置有显示器、扬声器和报警灯。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

通过使用安装于滑动导轨上的六自由度工业机械臂的治疗床将病人运送至手术治疗指定的治疗点，解决了运行空间小、影响医务人员操作的问题，同时机械臂防触碰保护罩和设置于床板边沿的防碰撞传感器，对治疗的整个运送过程起到了良好的实时保护作用。其运行系统为具有实时监控保护功能的治疗床控制系统，通过治疗床控制器与工业机器人控制柜实现信息交换，充分地利用了工业机器人控制柜优良的运动控制性能从而间接地对六自由度工业机械臂治疗床进行控制，具有较高的定位精度。该六自由度工业机械臂的治疗床控制装置结构紧凑、可扩展性强，具有运动控制精度高、运行安全平稳的优势，能在最小空间内实现最大化的性能，大大地提高了手术治疗的工作效率和安全性。

附图发明

图1是本发明中所述六自由度工业机器人1的结构示意图；

图2是本发明中所述六自由度工业机械臂治疗床的整体结构示意图；

图3是本发明中所述六自由度工业机器人的底座与第一防触碰保护罩的安装结构示意图；

图4是本发明中的六自由度工业机械臂治疗床初始位置1示意图；

图5是本发明中的六自由度工业机械臂治疗床初始位置2示意图；

图6是本发明中的乘载病人的治疗床板的示意图；

图7是本发明中的乘载病人的治疗床板床脚处的局部放大示意图；

图8是本发明中的治疗床控制系统的结构示意图；

图9是本发明中的具有实时监控保护的控制系统软件模块图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案做进一步详细、清楚地描述。

实施例一，

如图1至图9所示，一种基于六自由度工业机械臂的治疗床控制装置，包括：

一个六自由度工业机器人1，乘载病人的治疗床板2，治疗床控制系统3。

如图1所示，所述六自由度工业机器人1的底座11安装于一根位于放射治疗加速器下的固定滑动导轨4上，增大了治疗床可达空间。

如图2所示，所述六自由度工业机器人1的底座11的外围安装有第一防触碰保护罩21，腰部机械臂12的外围安装有第二防触碰保护罩22，大臂机械臂13的外围安装有第三防触碰保护罩23，小臂机械臂14的外围安装有第四防触碰保护罩24，腕部两根机械臂（15、16）的外围分别安装有第五防触碰保护罩25和第六防触碰保护罩26。

如图3所示，所述底座11表面以均布的方式安装有支撑弹簧9，支撑弹簧9的一端与底座11相连接，另一端与第一防触碰保护罩21相连接，并且在每个支撑弹簧9与底座11连接的位置处都设置有电子开关器件8与信息采集模块131连接，当治疗床运动过程中所述第一防触碰保护罩21发生触碰时，电子开关器件8发出响应，所述六自由度工业机械臂治疗床将自动停止运行，并发出预警等待修复，起到实时保护作用，所述其他各机械臂的防触碰保护罩的安装方式与此相同。

如图6所示，所述乘载病人的治疗床板2的对角线中心位置与六自由度工业机器人1的腕部机械臂16连接，且设置有中心定位装置150与信息采集模块131连接，及时传输治疗床板的当前位置信息。

如图6所示，所述乘载病人的治疗床板2的床板边沿均布有防碰撞传感器，所用防碰撞传感器为超声波传感器（包括：第一超声波传感器7-1、第二超声波传感器7-2、第三超声波传感器7-3、第四超声波传感器7-4、第五超声波传感器7-5、第六超声波传感器7-6、第七超声波传感器7-7、第八超声波传感器7-8、第九超声波传感器7-9）都与信息采集模块131连接，可及时收集到治疗床板与四周环境的位置状况，配以分别安装于治疗室内相对的墙角处的两个CCD摄像头对治疗床的运动状况进行监控，保证治疗床板运行过程中的安全性。

如图7所示，所述乘载病人的治疗床板2的边沿设置有凹槽，凹槽内安装排线盒6将防碰撞传感器的连接线固定于床板四周，起到既美观又避免了治疗时出现照射阴影的效果。

如图8所示，所述治疗床控制系统3硬件包括有：治疗床控制器31、人机交互系统32、工业机器人控制柜33；所述治疗床控制器31通过基于以太网TCP/IP工业总线与工业机器人控制柜33进行通讯连接，并留有与外界其他控制系统连接的通讯接口，用于实现治疗床的外部控制；通过外接的计算机系统和人机交互系统32进行操作编程向治疗床控制31传达操作信息，进而向工业机器人控制柜33发送控制信息，最终向六自由度工业机器人1发送控制指令，并及时对六自由度工业机器人1的运行位置信息和移动数据进行采集，反馈显示于人机交互系统32的显示器上，实现了实时操控，提高了治疗床控制系统的效率和稳定性，且成本较低，可扩展性和灵活性较高，完全能够满足此种基于六自由度工业机械臂的治疗床的运行要求。

如图9所示，所述治疗床控制系统3软件包括有：信息采集模块131、自动控制模块132、手动控制模块133、复位控制模块134、显示报警模块135；所述信息采集模块131能即时采集到治疗过程中治疗床的运行状况信息、位置信息、传感器反馈的信息、CCD摄像头图像信息等、传送给治疗床控制器31，显示于人机交互系统触摸屏中；所述自动控制模块132具有运动轨迹自动修复功能，能快速排除故障，当治疗床在运行时突然出现碰撞情况，传感器立即响应停止治疗床的移动，自动控制模块快速运行识别发生碰撞的过程，缓慢执行逆运动分离碰撞，重新规划自动修复运行路线；或通过操作人员可在手动控制模块133下对治疗床进行前后、左右、上下、俯仰、旋转的运动控制，可将治疗床运行到预想的位置，通过改变治疗床的位置、角度达到一个最理想的治疗效果；所述复位控制模块134设置有一键复位按键，治疗床的初始位置根据病人的病情状况设置平躺和站立式两种上床模式，通过一件复位按键能快速准确地将治疗床返回到想要的初始位置下；所述显示报警模块135设置有显示器、扬声器和报警灯，当治疗床在发生碰撞时可以通过三种方式及时地提醒操作人员有紧急情况发生，能更好的引起操作人员的注意，将误操作的可能减小到最低。

采用本技术方案所具有的优点为：通过使用安装于滑动导轨上的六自由度工业机械臂的治疗床将病人运送至放射手术治疗指定的治疗点，解决了运行空间小、影响医务人员操作的问题，同时机械臂的防触碰保护罩和设置于床板边沿的防碰撞传感器，对放疗的整个运送过程起到了良好的实时保护作用。其运行系统为具有实时监控保护功能的治疗床控制系统，通过治疗床控制器与工业机器人控制柜实现信息交换，充分地利用了工业机器人控制柜优良的运动控制性能从而间接地对六自由度工业机械臂进行控制，并且所有的控制操作和治疗床板的运行状况、信息参数都可以通过人机交互系统的触摸屏进行实现和反馈，具有外观简洁而美观，功能强大而完善等特点。该六自由度工业机械臂的治疗床控制装置结构紧凑、可扩展性强，具有运动控制精度高、运行安全平稳的优势，能在最小空间内实现最大化的性能，大大地提高了手术治疗的工作效率和安全性。

Claims (4)

1.一种基于六自由度工业机械臂的治疗床控制装置，包括：

六自由度工业机器人（1），乘载病人的治疗床板（2），治疗床控制系统（3）；其特征在于，所述六自由度工业机器人（1）的外围安装有防触碰保护罩；所述乘载病人的治疗床板（2）边沿设置有防碰撞传感器；所述治疗床控制系统（3）包括：治疗床控制器（31）、人机交互系统（32）、工业机器人控制柜（33）；所述六自由度工业机器人（1）的底座（11）安装于一根固定滑动导轨（4）上，所述六自由度工业机器人（1）的底座（11）的外围安装有第一防触碰保护罩（21），腰部机械臂（12）的外围安装有第二防触碰保护罩（22），大臂机械臂（13）的外围安装有第三防触碰保护罩（23），小臂机械臂（14）的外围安装有第四防触碰保护罩（24），腕部两根机械臂（15、16）的外围分别安装有第五防触碰保护罩（25）和第六防触碰保护罩（26）；所述六自由度工业机器人（1）的每个机械臂表面以均布的方式安装有支撑弹簧，每个支撑弹簧的一端与机械臂相连，另一端与防触碰保护罩相连，且在每个支撑弹簧与机械臂连接的位置处都设置有电子开关器件，用于检测防触碰保护罩是否被触及，从而对机械臂进行防碰撞保护。

2.根据权利要求1所述的一种基于六自由度工业机械臂的治疗床控制装置，其特征在于，所述乘载病人的治疗床板（2）的床板边沿均布有防碰撞传感器，防碰撞传感器的连接线通过位于床板边沿凹槽内的排线盒（6）固定于床板四周。

3.根据权利要求1所述的一种基于六自由度工业机械臂的治疗床控制装置，其特征在于，所述治疗床控制系统（3）硬件包括有：治疗床控制器（31）、人机交互系统（32）、工业机器人控制柜（33）；所述治疗床控制器（31）通过工业总线与工业机器人控制柜（33）进行通讯连接，并留有与外界其他控制系统连接的通讯接口，用于实现治疗床的外部控制。

4.根据权利要求1所述的一种基于六自由度工业机械臂的治疗床控制装置，其特征在于，所述治疗床控制系统（3）软件包括有：信息采集模块（131）、自动控制模块（132）、手动控制模块（133）、复位控制模块（134）、显示报警模块（135）；所述信息采集模块（131）能即时采集到治疗过程中治疗床的运行状况信息，并传送给治疗床控制器（31）；所述自动控制模块（132）具有运动轨迹自动修复功能，能快速排除故障；操作人员可在手动控制模块（133）下对治疗床进行前后、左右、上下、俯仰、旋转的运动控制；所述复位控制模块（134）设置有一键复位按键，能快速准确地将治疗床返回到初始位置；所述显示报警模块（135）设置有显示器、扬声器和报警灯。