CN107932507A - 超声仪机械手臂及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超声仪机械手臂及其控制方法，属于医疗设备，该超声仪机械手臂及其控制方法通过控制器将运行参数发送至上位机，然后由上位机根据运行参数、外部输入的检测需求定制形成运动轨迹，从而由上位机生成驱动模块的控制指令，再由控制单元根据该控制指令控制各驱动模块运行，该机械手臂及其控制方法与现有技术相比，控制简单，可实现智能化操作，可实现成像的一致性，避免因手法不同而造成成像质量的问题。另外，由于本发明的超声仪机械手臂的控制方法无需使用控制单元进行大量的计算，减少了控制单元的运算量，提高了控制单元的控制效率，大大提升了控制单元的反应速度。

Description

超声仪机械手臂及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种超声仪机械手臂及其控制方法，属于医疗设备。

背景技术

在超声检查中，医生设置好超声仪器，手拿探头进行成像操作，超声发现的某一部位的病变用二维或者三维方法显示出来，把报告打印出来。现有的彩超、B超以及3D或者4D多普勒超声仪器，都是医生手拿探头进行成像操作，这样对医生的手法要求很高，医生的手法的快慢以及熟练程度直接影响了成像的效果，一次成像不成功需要多次操作，从而造成了大量人力和时间的浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超声仪机械手臂，其控制简单，可实现智能化操作，可实现成像的一致性，避免因手法不同而造成成像质量的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种超声仪机械手臂，包括基座、设置在所述基座上的若干活动件、安装在所述活动件上的探头、对应驱动若干所述活动件的若干驱动模块、与若干所述驱动模块信号连接的控制单元、与所述控制单元信号连接的存储器及与所述控制单元信号连接的上位机，若干所述驱动模块驱动对应的活动件转动或摆动，所述控制单元与若干所述驱动模块信号连接；所述控制单元获取各所述驱动模块的运行参数并将运行参数存放至存储器；所述控制单元调用所述存储器内的运行参数并将运行参数发送至所述上位机，所述上位机根据运行参数及检查需求制定形成运动轨迹，并根据运行轨迹生成控制指令；所述上位机将控制指令发送至所述控制单元，所述控制单元根据控制指令控制各所述驱动模块运行。

进一步地，所述机械手臂还包括设置在至少部分所述活动件上的传感器，所述传感器与控制单元信号连接。

进一步地，若干所述活动件包括第一摆臂、第二摆臂、垂直伸缩臂、旋转件及摆动件，其中，所述第一摆臂的一端与第二摆臂的一端旋转连接，所述第一摆臂的另一端与基座旋转连接，所述垂直伸缩臂垂直所述第二摆臂设置，所述旋转件安装在所述垂直伸缩臂上，所述摆动件安装在所述旋转件上，所述探头安装在所述摆动件上。

进一步地，若干所述驱动模块包括第一电机模块和第二电机模块，所述第一电机模块包括驱动所述第一摆臂摆动的第一电机和控制所述第一电机的第一电机控制电路，所述第二电机模块包括驱动所述第二摆臂摆动的第二电机和控制所述第二电机的第二电机控制电路，所述第一电机控制电路、第二电机控制电路均具有PC847光电耦合电路。

进一步地，所述机械手臂还包括与所述控制单元信号连接的安全保护模块。

进一步地，所述机械手臂还包括给若干所述驱动模块、控制单元供电的供电模块。

进一步地，，所述控制单元为STM32F103VE，所述控制单元设置有与所述上位机实现通讯连接的通讯接口。

本发明还提供了一种应用于上述超声仪机械手臂的控制方法，所述控制方法包括如下步骤：

所述控制单元调用存储器内的各所述驱动模块的运行参数并将调用的运行参数发送至上位机；

所述上位机根据接收到的运行参数、外部输入的检查需求制定形成运动轨迹，所述上位机根据所制定形成的运动轨迹生成控制指令，同时将所生成的运动轨迹存储；

所述上位机将控制指令发送至所述控制单元，所述控制单元根据控制指令控制各所述驱动模块运行；

所述控制单元获取各驱动模块的运行参数并将所获取到的运行参数存储至存储器内。

进一步地，部分所述活动件上设置有传感器，所述控制方法还包括：

所述控制单元读取传感器所采集到的数据，并将读取到的数据发送至上位机，所述上位机分析所数据以判断所对应的活动件是否发生碰撞，若判断发生碰撞，则发出停机指令至控制单元；控制单元根据接收到的停止指令控制对应的活动件停机。

进一步地，所述控制方法还包括：

在所述上位机内设定安全保护电压阈值；

所述控制单元实时采集超声仪机械手臂的实时电压值，并将采集到的实时电压值发送至所述上位机；

所述上位机将接受到的实时电压值与安全保护电压阈值进行比对分析，若实时电压值超过安全保护电压阈值，则发出关机指令至控制单元，控制单元控制的各所述驱动模块停机。

本发明的有益效果在于：本发明的超声仪机械手臂及其控制方法通过控制器将运行参数发送至上位机，然后由上位机根据运行参数、外部输入的检测需求定制形成运动轨迹，从而由上位机生成驱动模块的控制指令，再由控制单元根据该控制指令控制各驱动模块运行，该机械手臂及其控制方法与现有技术相比，控制简单，可实现智能化操作，可实现成像的一致性，避免因手法不同而造成成像质量的问题。另外，由于本发明的超声仪机械手臂的控制方法无需使用控制单元进行大量的计算，减少了控制单元的运算量，提高了控制单元的控制效率，大大提升了控制单元的反应速度。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明一实施例所示的超声仪机械手臂的结构示意图；

图2为用于图1所示的超声仪机械手臂的电路架构图；

图3为用于图2所示的超声仪机械手臂的安全保护模块的电路图；

图4为用于图1所示的超声仪机械手臂的控制方法的流程图；

图5为用于图1所示的超声仪机械手臂的防碰撞控制方法的流程图；

图6为用于图1所示的超声仪机械手臂的安全保护控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

请参见图1并结合图2，本发明一较佳实施例所示的超声仪机械手臂包括基座1、设置在所述基座1上的若干活动件、安装在所述活动件上的探头2、对应驱动若干所述活动件的若干驱动模块、与若干所述驱动模块信号连接的控制单元4、与所述控制单元4信号连接的存储器5及与所述控制单元4信号连接的上位机6。若干所述驱动模块驱动对应的活动件转动或摆动，所述控制单元4与若干所述驱动模块信号连接。所述控制单元4获取各所述驱动模块的运行参数并将运行参数存放至存储器5，所述控制单元4调用所述存储器5内的运行参数并将运行参数发送至所述上位机6，所述上位机6根据运行参数及在上位机6上输入的检查需求制定形成运动轨迹，并根据运行轨迹生成控制指令；所述上位机6将控制指令发送至所述控制单元4，所述控制单元4根据控制指令控制各所述驱动模块运行。该控制单元4每次所获取的驱动模块的运行参数为最近一次驱动模块停机前的运行参数。上位机6根据运行参数及检测需求指定形成运行轨迹所采用的算法为现有技术中常规的算法，如插值算法、空间直线算法以及逆运算算法等。在本实施例中，若干所述活动件包括第一摆臂71、第二摆臂72、垂直伸缩臂73、旋转件74及摆动件75，其中，所述第一摆臂71的一端与第二摆臂72的一端旋转连接，所述第一摆臂71的另一端与基座1旋转连接，所述垂直伸缩臂73垂直所述第二摆臂72设置，所述旋转件74安装在所述垂直伸缩臂73上，所述摆动件75安装在所述旋转件74上，摆动件75以旋转件74为基准进行摆动。所述探头2安装在所述摆动件75上。在其他实施方式中，若干活动件的数量可以根据实际需求设置，各活动件之间的连接关系可根据实际需求设置，各活动件之间的连接关系可采用现有技术中的常规连接方式，在此不对其进行详细描述。在本实施例中，所述控制单元4为CPU控制电路，该CPU控制电路4所采用的型号为STM32F103VE，其CPU采用ARM 32位的Cortex M3为内核，最高72MHz工作频率,工作于-40℃至+105℃的温度范围，该CPU控制电路4带双“看门狗”电路，稳定性强，适合医疗行业高标准的要求。所述CPU控制电路4设置有与所述上位机6实现通讯连接的通讯接口10，该通讯接口10为USB接口。所述上位机6为超声仪控制中心，其包括控制系统及显示器。

若干所述驱动模块包括第一电机模块31、第二电机模块32、第三电机模块33、第四电机模块34、第五电机模块35及第六电机模块36。第一电机模块31驱动第一摆臂71相对基座1转动，第二电机模块32驱动第二摆臂72相对第一摆臂71转动，第三电机模块33驱动垂直伸缩臂73做伸展或者收缩运动，第四电机模块34驱动旋转件74相对垂直伸缩臂73旋转，所述第五电机模块35驱动旋转件74相对垂直伸缩臂73转动，所述第六电机模块36驱动摆动件75以旋转件74为基准进行摆动。所述第一电机模块31包括驱动所述第一摆臂71摆动的第一电机(未图示)和控制所述第一电机的第一电机控制电路(未图示)，所述第二电机模块32包括驱动所述第二摆臂72摆动的第二电机(未图示)和控制所述第二电机的第二电机控制电路(未图示)，所述第一电机控制电路、第二电机控制电路均具有PC847光电耦合电路，该PC847光电耦合电路为现有电路结构，在此不对其进行具体描述。第一电机和第二电机分别选用MBDLN35SE交流伺服驱动器和MHMF082L1U2M交流伺服马达电机。第三电机模块33、第四电机模块34、第五电机模块35、第六电机模块36均分别包括电机(未图示)及控制电机运行的电机控制电路(未图示)。

在本实施例中，所述超声仪机械手臂还包括若干传感器、安全保护模块9和供电模块(未图示)。若干传感器分别与控制单元4信号连接。传感器可以包括压力传感器、红外传感器、激光传感器等。在本实施例中，第一摆臂71、第二摆臂72和垂直伸缩臂73上均设置有压力传感器以防止发生碰撞问题，从而保护被检查者及操作者。传感器通过传感器电路8与控制单元4信号连接。所述安全保护模块9与控制单元4信号连接，该安全保护模块9的电路设计如图3所示。所述供电模块给所述若干驱动模块、控制单元4、传感器及安全保护模块9供电。所述供电模块的能源来源可以为电池或者市电。

请参见图4并结合图2，本发明一实施例所示的一种控制方法，该控制方法可应用于上述超声仪机械手臂，该超声仪机械手臂的具体结构在前述中已经描述，在此不再对其赘述，所述控制方法包括如下步骤：

S1：所述控制单元4调用存储器5内的各所述驱动模块的运行参数并将调用的运行参数发送至上位机6；在本步骤中，该控制单元4所调用的驱动模块的运行参数为最近一次驱动模块停机前的运行参数；

S2：所述上位机6根据接收到的运行参数、外部输入的检查需求制定形成运动轨迹，所述上位机6根据所制定形成的运动轨迹生成控制指令，同时将所生成的运动轨迹存储；上位机6根据运行参数及检测需求指定形成运行轨迹所采用的算法为现有技术中常规的算法，如插值算法、空间直线算法以及逆运算算法等；

S3：所述上位机6将控制指令发送至所述控制单元4，所述控制单元4根据控制指令控制各所述驱动模块运行；

S4：所述控制单元4获取各驱动模块的运行参数并将所获取到的运行参数存储至存储器5内。

请参见图5并结合图2，在本实施例中，由于该超声仪机械手臂的部分活动件上设置有传感器，而该传感器用于防止发生碰撞，以保护被检测者和操作者，所以，所述控制方法还包括防碰撞控制方法，该防碰撞控制方法包括：

步骤一、传感器采集数据；

步骤二、所述控制单元4读取传感器所采集到的数据，并将读取到的数据发送至上位机6；

步骤三、所述上位机6分析所接收到的数据以判断所对应的活动件是否发生碰撞，若判断发生碰撞，则发出停机指令至控制单元4；

步骤四、所述控制单元4根据接收到的停止指令控制对应的驱动模块停机。

请参见图6并结合图2，在本实施例中，在超声仪机械手臂的运行中，考虑到操作者及被检测者的安全，超声仪机械手臂的控制方法还包括安全保护控制方法，该安全保护控制方法包括如下步骤：

第一步、在所述上位机6内设定安全保护电压阈值；

第二步、所述控制单元4实时采集超声仪机械手臂的实时电压值，并将采集到的实时电压值发送至所述上位机6；

第三步、所述上位机6将接受到的实时电压值与安全保护电压阈值进行比对分析，若实时电压值超过安全保护电压阈值，则发出关机指令至控制单元4，控制单元4控制各所述驱动模块停机。

上述安全保护控制方法通过上位机6、控制单元4及安全保护模块实现。

综上所述，上述超声仪机械手臂及其控制方法通过控制器将运行参数发送至上位机6，然后由上位机6根据运行参数和外部输入的检测需求定制形成运动轨迹，从而由上位机6生成驱动模块的控制指令，再由控制单元4根据该控制指令控制各驱动模块运行，该机械手臂及其控制方法与现有技术相比，控制简单，可实现智能化操作，可实现成像的一致性，避免因手法不同而造成成像质量的问题。另外，由于上述超声仪机械手臂的控制方法无需使用控制单元4进行大量的计算，减少了控制单元4的运算量，提高了控制单元4的控制效率，大大提升了控制单元4的反应速度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

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 (10)

1.一种超声仪机械手臂，其特征在于，包括基座、设置在所述基座上的若干活动件、安装在所述活动件上的探头、对应驱动若干所述活动件的若干驱动模块、与若干所述驱动模块信号连接的控制单元、与所述控制单元信号连接的存储器及与所述控制单元信号连接的上位机，若干所述驱动模块驱动对应的活动件转动或摆动，所述控制单元与若干所述驱动模块信号连接；所述控制单元获取各所述驱动模块的运行参数并将运行参数存放至存储器；所述控制单元调用所述存储器内的运行参数并将运行参数发送至所述上位机，所述上位机根据运行参数及检查需求制定形成运动轨迹，并根据运行轨迹生成控制指令；所述上位机将控制指令发送至所述控制单元，所述控制单元根据控制指令控制各所述驱动模块运行。

2.如权利要求1所述的超声仪机械手臂，其特征在于，所述机械手臂还包括设置在至少部分所述活动件上的传感器，所述传感器与控制单元信号连接。

3.如权利要求2所述的超声仪机械手臂，其特征在于，若干所述活动件包括第一摆臂、第二摆臂、垂直伸缩臂、旋转件及摆动件，其中，所述第一摆臂的一端与第二摆臂的一端旋转连接，所述第一摆臂的另一端与基座旋转连接，所述垂直伸缩臂垂直所述第二摆臂设置，所述旋转件安装在所述垂直伸缩臂上，所述摆动件安装在所述旋转件上，所述探头安装在所述摆动件上。

4.如权利要求3所述的超声仪机械手臂，其特征在于，若干所述驱动模块包括第一电机模块和第二电机模块，所述第一电机模块包括驱动所述第一摆臂摆动的第一电机和控制所述第一电机的第一电机控制电路，所述第二电机模块包括驱动所述第二摆臂摆动的第二电机和控制所述第二电机的第二电机控制电路，所述第一电机控制电路、第二电机控制电路均具有PC847光电耦合电路。

5.如权利要求1所述的超声仪机械手臂，其特征在于，所述机械手臂还包括与所述控制单元信号连接的安全保护模块。

6.如权利要求1所述的超声仪机械手臂，其特征在于，所述机械手臂还包括给若干所述驱动模块、控制单元供电的供电模块。

7.如权利要求1所述的超声仪机械手臂，其特征在于，所述控制单元为STM32F103VE，所述控制单元设置有与所述上位机实现通讯连接的通讯接口。

8.一种应用于如权利要求1至7项中任一项所述的超声仪机械手臂的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括如下步骤：

所述控制单元调用存储器内的各所述驱动模块的运行参数并将调用的运行参数发送至上位机；

所述上位机根据接收到的运行参数、外部输入的检查需求制定形成运动轨迹，所述上位机根据所制定形成的运动轨迹生成控制指令，同时将所生成的运动轨迹存储；

所述上位机将控制指令发送至所述控制单元，所述控制单元根据控制指令控制各所述驱动模块运行；

所述控制单元获取各驱动模块的运行参数并将所获取到的运行参数存储至存储器内。

9.如权利要求8所述的超声仪机械手臂的控制方法，其特征在于，部分所述活动件上设置有传感器，所述控制方法还包括：

所述控制单元读取传感器所采集到的数据，并将读取到的数据发送至上位机，所述上位机分析所数据以判断所对应的活动件是否发生碰撞，若判断发生碰撞，则发出停机指令至控制单元；控制单元根据接收到的停止指令控制对应的活动件停机。

10.如权利要求9所述的超声仪机械手臂的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

在所述上位机内设定安全保护电压阈值；

所述控制单元实时采集超声仪机械手臂的实时电压值，并将采集到的实时电压值发送至所述上位机；

所述上位机将接受到的实时电压值与安全保护电压阈值进行比对分析，若实时电压值超过安全保护电压阈值，则发出关机指令至控制单元，控制单元控制的各所述驱动模块停机。