CN108969101B - 医疗机器人定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种医疗机器人定位方法，属于医疗器械领域。医疗机器人定位方法包括如下步骤：将机器人本体上的定位支撑板和第三预设位置处的定位底板进行粗定位；将销钉穿过定位支撑板插入到定位底板上的定位孔内；将医疗机器人上的机械手移动到第一预设位置；通过激光定位装置确定机械手和工作平台上的第二预设位置的位置关系。这种医疗机器人定位方法可以使得定位支撑板和定位底板之间可以保持定位的牢固性，从而可以保证手术的精确进行。

Description

医疗机器人定位方法

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体而言，涉及一种医疗机器人定位方法。

背景技术

由于临床手术间设备较多，要求机器人在空窗期可以移动至手术空间外围，以免影响其他手术过程的操作，而现有技术中的定位系统大多采用外部视觉传感器、高速光学追踪系统来实现手术前机器人设备的定位方法，整体设备操作复杂、术前准备时间较长，对于医生的学习、培训成本较高。

发明内容

本发明提供了一种医疗机器人定位方法，旨在解决现有技术中医疗机器人定位方法存在的上述问题。

本发明是这样实现的：

一种医疗机器人定位方法，包括如下步骤：

将机器人本体上的定位支撑板和第三预设位置处的定位底板进行粗定位；

将销钉穿过所述定位支撑板插入到所述定位底板上的定位孔内；

将医疗机器人上的机械手移动到第一预设位置；

通过激光定位装置确定所述机械手和工作平台上的第二预设位置的位置关系。

在本发明较佳的实施例中，还包括将定位底板固定在第三预设位置。

在本发明较佳的实施例中，还包括通过第一伸缩件控制销钉穿过定位支撑板并插入到定位底板上的定位孔内。

在本发明较佳的实施例中，所述机器人本体上连接有支撑件，所述支撑件上远离所述机器人本体的一端为接地端，所述机器人本体和所述支撑件之间连接有第二伸缩件，所述第二伸缩件用于控制所述接地端靠近或者远离所述机器人本体，当所述接地端远离所述机器人本体时，所述定位支撑板位于所述接地端和所述机器人本体之间。

在本发明较佳的实施例中，将销钉穿过所述定位支撑板插入到所述定位底板上的定位孔内之前，还包括控制第二伸缩件，使得所述定位支撑板和所述定位底板之间的距离保持在2~3mm之间。

在本发明较佳的实施例中，将销钉穿过所述定位支撑板插入到所述定位底板上的定位孔内之后，还包括，控制第二伸缩件，使得定位支撑板和所述定位底板之间相互贴合。

在本发明较佳的实施例中，所述定位底板上具有第一抵顶件，所述定位支撑板上具有第二抵顶件，所述第一抵顶件设置为凹槽形，所述第一抵顶件在垂直于所述定位底板所在的平面的方向上延伸，所述第二抵顶件设置为凸起形，所述第一抵顶件用于限制所述第二抵顶件在所述定位底板所在的平面上的三个自由度的运动。

在本发明较佳的实施例中，包括通过将第一抵顶件和第二抵顶件相互抵接，将机器人本体上的定位支撑板和第三预设位置处的定位底板进行粗定位。

在本发明较佳的实施例中，所述销钉和所述第一伸缩件之间连接有导向固定板，所述导向固定板上设置有导向套，所述销钉至少部分位于所述导向套的内部。

在本发明较佳的实施例中，包括通过第一伸缩件控制导向套插入到通孔中，继续通过第一伸缩件将销钉插入到所述定位孔中，其中，所述通孔设置在所述定位支撑板上，所述通孔用于和所述定位孔相对设置。

本发明的有益效果是：

本发明通过上述设计得到的医疗机器人定位方法，在使用的时候，首先对机器人本体上的定位支撑板和定位底板进行粗定位，在粗定位之后，再通过销钉插入到定位孔内的方式对定位支撑板和定位底板进行精确定位，然后通过将医疗机器人上的机械手移动到第一预设位置，之后利用激光定位装置确定机械手移动到的第一预设位置和第二预设位置之间的位置关系，来确定机械手是否准确地移动到了第一预设位置，从而可以使得机械手的位置定位精确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施方式提供的医疗机器人定位装置在工作状态下的结构示意图；

图2是本发明实施方式提供的医疗机器人定位装置的第一视角的结构示意图；

图3是本发明实施方式提供的医疗机器人定位装置的第二视角的结构示意图；

图4是本发明实施方式提供的医疗机器人定位装置中的定位支撑件的结构示意图；

图5是本发明实施方式提供的医疗机器人定位装置中的定位底板的结构示意图；

图6是本发明实施方式提供的医疗机器人定位装置中的第一伸缩件的结构示意图；

图7是本发明实施方式提供的医疗机器人定位装置中的销钉的结构示意图。

图8是本发明实施方式提供的医疗机器人定位装置中的激光定位装置在工作状态下的结构示意图。

图标：100-医疗机器人定位装置；110-机器人本体；111-第一伸缩件；112-第二伸缩件；113-支撑件；114-定位支撑板；1141-通孔；1142-第二抵顶件；115-定位底板；1151-定位孔；1152-第一抵顶件；116-导向轴；117-导向套；118-导向固定板；120-光电传感器；121-销钉；122-弹性件；123-限位件；200-工作平台；210-第二预设位置。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例一

本实施例提供了一种医疗机器人定位装置100，请参阅图1到图8，这种医疗机器人定位装置100包括：

定位底板115，定位底板115上具有第一抵顶件1152，定位底板115上具有定位孔1151；

机器人本体110，机器人本体110上连接有定位支撑板114，定位支撑板114上具有第二抵顶件1142，第一抵顶件1152用于和第二抵顶件1142抵接以限制第二抵顶件1142在定位底板115所在的平面上的至少三个自由度上的运动，定位支撑板114上具有用于和定位孔1151相对设置的通孔1141；

销钉121，销钉121至少部分位于定位支撑板114上远离定位底板115的一侧，销钉121和通孔1141间隙配合，销钉121和定位孔1151过渡配合；

第一伸缩件111，第一伸缩件111的两端分别和机器人本体110以及销钉121连接，第一伸缩件111用于控制销钉121穿过通孔1141且插入或者远离定位孔1151；

支撑件113，支撑件113的一端和机器人本体110连接，支撑件113的另一端为接地端，当第一伸缩件111出于收缩的状态时，接地端位于定位支撑板114上远离第一伸缩件111的一侧；

第二伸缩件112，第二伸缩件112的两端分别和机器人本体110以及支撑件113连接，第二伸缩件112用于控制支撑件113靠近或者远离机器人本体110；

控制装置，控制装置分别和第一伸缩件111以及第二伸缩件112电连接，控制装置用于控制第一伸缩件111以及第二伸缩件112运动。

首先将定位底板115固定在工作平台200周围预设的位置，控制装置控制第二伸缩件112，使得支撑件113远离机器人本体110，并且控制装置控制第一伸缩件111，使得定位支撑件113靠近机器人本体110，此时，支撑件113上的接地端远离定位支撑板114，然后推动机器人本体110，使得定位支撑板114上的第二抵顶件1142和定位底板115上的第一抵顶件1152抵接，从而可以对机器人本体110进行粗定位，然后控制第二伸缩件112，使得支撑件113朝向靠近机器人本体110的方向运动，使得定位支撑板114和定位底板115之间的距离保持在一定的距离，比如说2-3mm之间，之后控制第一伸缩件111，使得销钉121穿过通孔1141且插入到定位孔1151的内部，从而可以实现对医疗机器人的精确定位，使得医疗机器人在定位底板115所在的面上的运动被限制，然后再控制第一伸缩件111，使得定位支撑板114和定位底板115之间相互贴合，可以使得定位支撑板114和定位底板115之间可以保持定位的牢固性，从而可以保证手术的精确进行。

具体的，在本实施例中，第一伸缩件111和第二伸缩件112均设置为电缸。

电缸是将伺服电机与丝杠一体化设计的模块化产品，将伺服电机的旋转运动转换成直线运动，同时将伺服电机最佳优点，也就是精确转速控制、精确转数控制以及精确扭矩控制转变成精确速度控制、精确位置控制以及精确推力控制；实现高精度直线运动系列的全新革命性产品。

当然，在其他的实施例中，第一伸缩件111和第二伸缩件112也可以采用气缸、油缸等其他的可以进行伸缩而控制距离的装置。

具体的，在本实施例中，第一伸缩件111和第二伸缩件112均采用电缸。

具体的，在本实施例中，控制装置为PC、PLC或者单片机中的一种。

PC、PLC以及单片机均为本领域所常用的控制电缸的装置，其具体的结构和使用方式均为现有技术，在此不再赘述。

可选的，在本实施例中，第一抵顶件1152设置为凹槽形，第一抵顶件1152在垂直于定位底板115所在的平面的方向上延伸，第二抵顶件1142设置为凸起形，第一抵顶件1152用于限制第二抵顶件1142在定位底板115所在的平面上的三个自由度的运动。

当凸起形的第二抵顶件1142插入到凹槽形的第一抵顶件1152内部的时候，第一抵顶件1152对第二抵顶件1142的运动产生限制作用，可以防止第二抵顶件1142在定位底板115所在的平面上的三个自由度的运动，从而可以使得第二抵顶件1142只能沿着一个自由度的方向运动，而当第二抵顶件1142和第一抵顶件1152保持抵接的过程中，第二抵顶件1142和第一抵顶件1152之间的相对设置保持固定，从而可以对定位支撑件113和定位底板115之间进行粗定位。

可选的，在本实施例中，支撑件113上的接地端设置为滚轮。

采用滚轮作为支撑端，可以有效减低支撑件113和地面之间发生移动的过程中所受到的摩擦力，减少医护人员移动机器人本体110所消耗的人力。

可选的，在本实施例中，机器人本体110上还设置有机械手，机械手上连接有激光定位装置，机械手用于将激光定位装置移动到第一预设位置，激光定位装置用于在第一预设位置上向工作平台200上的第二预设位置210照射激光以确定第一预设位置和第二预设位置210的重合度。

机械手上的激光定位装置，在工作的时候，利用机械手将激光定位装置移动到第一预设位置处，然后激光定位装置发射激光，朝向工作平台200的方向上照射，而工作平台200上具有第二预设位置210，通过确定激光在工作平台200上的光斑和第二预设位置210的重合度，可以确定第一预设位置和第二预设位置210的重合度，如果第一预设位置和第二预设位置210重合，则表明机械手的位置定位准确，如果第一预设位置和第二预设位置210不重合，则表明机械手的位置定位不准确。

在本实施例中，工作平台200可以为CT/PET-CT、MRI等医疗工作用平台。

可选的，在本实施例中，机械手上还连接有用于夹持医疗用具的夹持器。

通过夹持器可以对不同的医疗用具进行夹持，可以实现不同的医疗工作的进行。

可选的，在本实施例中，定位孔1151设置为多个，多个定位孔1151之间间隔设置，销钉121设置为多个，多个销钉121和多个定位孔1151之间一一对应。

多个定位孔1151和多个销钉121之间相互配合，可以使得定位支撑件113和定位底板115之间的定位更加精确。

可选的，在本实施例中，销钉121和定位孔1151均设置为三个，三个销钉121分别用于插入到三个定位孔1151中。

三个销钉121可以保证定位支撑板114和定位底板115之间相互定位的精确性。

可选的，在本实施例中，销钉121和第一伸缩件111之间连接有导向固定板118，导向固定板118上设置有导向套117，第一伸缩件111上连接有导向轴116，导向轴116和导向固定板118滑动连接，导向轴116用于引导导向固定板118沿着第一伸缩件111的伸缩方向运动。

导向固定板118沿着第一伸缩件111的伸缩方向可以进行一定形成的位移，可以实现在三个销钉121都插入到定位孔1151内的时候，导向固定板118会在重力的作用下朝向靠近定位底板115的方向运动，从而可以使得导向固定板118和定位底板115之间相互靠近，如果有至少一个销钉121没有插入到定位孔1151内的时候，导向固定板118可以朝向远离定位底板115的方向运动一定距离，从而可以防止销钉121被卡住或者是销钉121受到应力集中受到损坏的情况发生。

可选的，在本实施例中，导向定位板上设置有限位件123，限位件123设置在销钉121靠近第一伸缩件111的一端，销钉121和限位件123之间设置有弹性件122，弹性件122用于为销钉121远离限位件123提供弹性力。

导向定位板上的限位件123可以使得弹性件122上和限位件123连接的一端位置相对固定，而弹性件122上和销钉121连接的一端可以为销钉121提供朝向远离限位件123方向运动的弹性力，从而可以使得销钉121保持在和限位件123相互远离的位置，在销钉121插入到定位孔1151内的时候，销钉121可以保持在和限位件123相互远离的位置，在销钉121没有插入到定位孔1151内的时候，销钉121可能和定位底板115抵接在一起，这个时候，如果销钉121在定位孔1151的附近，只需要晃动机器人本体110即可利用弹性件122的弹性力将销钉121插入到定位孔1151的内部，使用起来非常方便。

可选的，在本实施例中，所述导向固定板118上设置有光电传感器120，所述光电传感器120用于检测所述销钉121距离所述限位件123的距离。

具体的，将光电传感器120固定在导向定位板上，光电传感器120从销钉121侧面的方向对销钉121进行检测，并且光电传感器120在销钉121插入到定位孔1151内的时候，光电传感器120检测不到销钉121的存在，而当光电传感器120和定位底板115抵接在一起，此时弹性件122收缩，销钉121靠近限位件123的方向，此时，光电传感器120即可检测到销钉121，从而可以实现对销钉121距离限位件123的距离的检测。

在检测到销钉121的情况下，说明销钉121距离限位件123的距离较近，此时需要晃动机器人本体110，在弹性件122的弹性力的作用下，将销钉121插入到定位孔1151的内部，实现对机器人本体110的定位。

本实施例提供的医疗机器人定位装置100的工作原理为，在工作的时候，首先将定位底板115固定在工作平台200周围预设的位置，控制装置控制第二伸缩件112，使得支撑件113远离机器人本体110，并且控制装置控制第一伸缩件111，使得定位支撑件113靠近机器人本体110，此时，支撑件113上的接地端远离定位支撑板114，然后推动机器人本体110，使得定位支撑板114上的第二抵顶件1142和定位底板115上的第一抵顶件1152抵接，从而可以对机器人本体110进行粗定位，然后控制第二伸缩件112，使得支撑件113朝向靠近机器人本体110的方向运动，使得定位支撑板114和定位底板115之间的距离保持一定的距离，比如说2-3mm之间，之后控制第一伸缩件111，使得销钉121穿过通孔1141且插入到定位孔1151的内部，从而可以实现对医疗机器人的精确定位，使得医疗机器人在定位底板115所在的面上的运动被限制，然后再控制第一伸缩件111，使得定位支撑板114和定位底板115之间相互贴合，可以使得定位支撑板114和定位底板115之间可以保持定位的牢固性，然后再通过机械手将激光定位装置移动到第一预设位置，通过确定激光定位装置和工作平台200上的第二预设位置210的重合程度，可以确定机械手和工作平台200之间的相对位置是否准确，从而可以保证手术的精确进行。

实施例二

本实施例提供了一种医疗机器人定位方法，采用实施例一中提供的医疗机器人定位装置100，这种方法包括：

S1、将定位底板115固定在第三预设位置；

S2、将机器人本体110上的定位支撑板114和第三预设位置处的定位底板115进行粗定位；

S3、将销钉121穿过定位支撑板114插入到定位底板115上的定位孔1151内；

S4、将医疗机器人上的机械手移动到第一预设位置；

S5、通过激光定位装置确定机械手和工作平台200上的第二预设位置210的位置关系。

其中，在本实施例中，是采用控制第一伸缩件111的方式将销钉121穿过定位支撑板114插入到定位底板115上的定位孔1151内。

其中，在本实施例中，将销钉121穿过定位支撑板114插入到定位底板115上的定位孔1151内之前，还包括控制第二伸缩件112，使得定位支撑板114和定位底板115之间的距离保持在2~3mm之间。

将定位支撑板114和定位底板115之间的距离保持在2~3mm之间，可以使得销钉121可以插入到定位孔1151内，并且支撑板和定位底板115之间的相对位置还可以进行微调，可以方便销钉121进入到定位孔1151的内部。

其中，在本实施例中，将销钉121穿过定位支撑板114插入到定位底板115上的定位孔1151内之后，还包括，控制第二伸缩件112，使得定位支撑板114和定位底板115之间相互贴合。

在销钉121插入到定位孔1151内之后，定位支撑板114和定位底板115之间的相对位置已经得到了确定，此时无需在对定位支撑板114和定位底板115之间的相对位置进行微调，从而定位支撑板114和定位底板115之间相互贴合，可以有效提高定位支撑板114和定位底板115之间定位的固定性。

其中，在本实施例中，通过将第一抵顶件1152和第二抵顶件1142相互抵接，将机器人本体110上的定位支撑板114和第三预设位置处的定位底板115进行粗定位。

第一抵顶件1152和第二抵顶件1142相互抵接的时候，定位支撑板114和定位底板115之间的位置可以得到一个相对的固定，此时，定位支撑板114和定位底板115之间的位置得到了一个粗定位。

其中，在本实施例中，通过第一伸缩件111控制导向套117插入到通孔1141中，继续通过第一伸缩件111将销钉121插入到定位孔1151中。

利用第一伸缩件111将销钉121插入到定位孔1151的内部，利用销钉121，可以对定位支撑板114和定位底板115之间的位置进行固定。

本实施例提供的医疗机器人定位方法的工作原理是，在使用的时候，首先对机器人本体110上的定位支撑板114和定位底板115进行粗定位，在粗定位之后，再通过销钉121插入到定位孔1151内的方式对定位支撑板114和定位底板115进行精确定位，然后通过将医疗机器人上的机械手移动到第一预设位置，之后利用激光定位装置确定机械手移动到的第一预设位置和第二预设位置210之间的位置关系，来确定机械手是否准确地移动到了第一预设位置，从而可以使得机械手的位置定位精确。

以上仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种医疗机器人定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

将定位底板固定在第三预设位置，机器人本体的定位底板上具有第一抵顶件，第三预设位置处的定位支撑板上具有第二抵顶件，所述第一抵顶件设置为凹槽形，所述第一抵顶件在垂直于所述定位底板所在的平面的方向上延伸，所述第二抵顶件设置为凸起形，所述第一抵顶件用于限制所述第二抵顶件在所述定位底板所在的平面上的三个自由度的运动；通过将所述第一抵顶件和所述第二抵顶件相互抵接，将所述定位支撑板和所述定位底板进行粗定位；

所述机器人本体上连接有支撑件，所述支撑件上远离所述机器人本体的一端为接地端，所述机器人本体和所述支撑件之间连接有第二伸缩件，所述第二伸缩件用于控制所述接地端靠近或者远离所述机器人本体，当所述接地端远离所述机器人本体时，所述定位支撑板位于所述接地端和所述机器人本体之间；控制第二伸缩件，使得所述定位支撑板和所述定位底板之间的距离保持在2～3mm之间；

通过控制第一伸缩件，将销钉穿过所述定位支撑板插入到所述定位底板上的定位孔内，实现对所述机器人本体的精确定位；

通过第二伸缩件使所述定位支撑板与所述定位底板之间相互贴合；

将医疗机器人上的机械手移动到第一预设位置；

通过激光定位装置确定所述机械手的第一预设位置和工作平台上的第二预设位置的位置关系。

2.根据权利要求1所述的医疗机器人定位方法，其特征在于，所述销钉和所述第一伸缩件之间连接有导向固定板，所述导向固定板上设置有导向套，所述销钉至少部分位于所述导向套的内部。

3.根据权利要求2所述的医疗机器人定位方法，其特征在于，包括通过第一伸缩件控制导向套插入到通孔中，继续通过第一伸缩件将销钉插入到所述定位孔中，其中，所述通孔设置在所述定位支撑板上，所述通孔用于和所述定位孔相对设置。

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