CN109966134A - 一种临床智能辅助操控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种临床智能辅助操控系统，包括主控平台、机头治疗部分、反馈部分和五自由度运动定位部分，所述主控平台分别连接机头治疗部分、反馈部分和五自由度运动定位部分，五自由度运动定位部分包括电机控制电路、驱动电路、步进电机和机械构件，本发明与已有手工治疗相对照，其效果是积极和明显的。可以实现高精度的运动控制和超越人手的精确性和稳定性。这样不仅可以保持足够长的耐力，提高劳动效率，而且其治疗强度不会“衰减”，将在客观“设定”的标准下执行，这对于降低医务人员在治疗(操作)过程中的劳动强度，解放医务工作者于繁重的医疗器械相关操作有重大意义和社会价值。

Description

一种临床智能辅助操控系统
技术领域
本发明涉及一种操控系统，具体是一种临床智能辅助操控系统。
背景技术
随着疼痛学科的快速发展，疼痛的治疗量和需求快速增长。然而临床很多物理操作需要人手完成，如冲击波治疗、各种物理光波治疗，每天安排专人操作，操作的力量不足导致患者的疗效受到影响，长期的损耗导致医疗人员本身的劳损。增加人手意味着需要更多的医疗人员，造成人员的浪费，因此机械臂智能辅助系统，部分替代医疗人员的手臂进行操作，可以依据患者的治疗需求施加足够的力量，保持足够长的耐力。
但由于冲击波治疗的冲头会是施加一定频率的压力，所以设计上满足，足够强的支撑结构，有固定装置，使其有稳定的重心。传动上实现无极变速多方向移动，还要考虑到保护装置，防止压力过大造成损害。理想的机器人辅助操作系统，可以实现高精度的运动控制和超越人手的精确性和稳定性。这样不仅可以保持足够长的耐力，提高劳动效率，而且其治疗强度不会“衰减”，将在客观“设定”的标准下执行，这对于降低医务人员在治疗(操作)过程中的劳动强度，解放医务工作者于繁重的医疗器械相关操作有重大意义和社会价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种临床智能辅助操控系统，以解决所述背景技术中提出的问题。
为实现所述目的，本发明提供如下技术方案：
一种临床智能辅助操控系统，包括主控平台、机头治疗部分、反馈部分和五自由度运动定位部分，所述主控平台分别连接机头治疗部分、反馈部分和五自由度运动定位部分，五自由度运动定位部分包括电机控制电路、驱动电路、步进电机和机械构件，反馈部分包括限流保护模块、平衡位光电开关反馈模块、压力传感器反馈模块、湿度传感器反馈模块和距离传感器反馈模块，机头治疗部分包括治疗机头、机头治疗功能电路和输出模块，主控平台内部设有微控制器，微控制器分别连接电机控制电路、治疗机头、限流保护模块、平衡位光电开关反馈模块、压力传感器反馈模块、湿度传感器反馈模块和距离传感器反馈模块，治疗机头还分别连接机头治疗功能和距离传感器反馈模块，机头治疗功能还连接输出模块，输出模块还连接压力传感器反馈模块和湿度传感器反馈模块，驱动电路还连接限流保护模块，机械构件还连接平衡位光电开关反馈模块。
作为本发明再进一步的方案：所述主控平台内部还设有电源模块。
作为本发明再进一步的方案：所述主控平台内部还设有人机交互模块。
作为本发明再进一步的方案：所述主控平台内部还设有通讯模块。
作为本发明再进一步的方案：所述治疗机头包括压力传感器和温度传感器。
作为本发明再进一步的方案：五自由度包括X轴、Y轴、Z轴、旋转和角度。
作为本发明再进一步的方案：所述治疗机头包括测距传感器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明与已有手工治疗相对照，其效果是积极和明显的。可以实现高精度的运动控制和超越人手的精确性和稳定性。这样不仅可以保持足够长的耐力，提高劳动效率，而且其治疗强度不会“衰减”，将在客观“设定”的标准下执行，这对于降低医务人员在治疗(操作)过程中的劳动强度，解放医务工作者于繁重的医疗器械相关操作有重大意义和社会价值。
附图说明
图1为系统总体框图。
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进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：请参阅图1，一种临床智能辅助操控系统，包括主控平台、机头治疗部分、反馈部分和五自由度运动定位部分，通过主控平台控制五自由度运动定位部分来移动机头治疗部分的动作，使得机头治疗部分内部的治疗机头能实现X轴、Y轴、Z轴、旋转和角度的五自由度运动，同时，机头治疗部分和五自由度运动定位部分还实时的传输信号到反馈部分，反馈部分将信号传输给主控平台，用于反馈调节。
所述主控平台分别连接机头治疗部分、反馈部分和五自由度运动定位部分，五自由度运动定位部分包括电机控制电路、驱动电路、步进电机和机械构件，反馈部分包括限流保护模块、平衡位光电开关反馈模块、压力传感器反馈模块、湿度传感器反馈模块和距离传感器反馈模块，机头治疗部分包括治疗机头、机头治疗功能电路和输出模块，主控平台内部设有微控制器，微控制器分别连接电机控制电路、治疗机头、限流保护模块、平衡位光电开关反馈模块、压力传感器反馈模块、湿度传感器反馈模块和距离传感器反馈模块，治疗机头还分别连接机头治疗功能和距离传感器反馈模块，机头治疗功能还连接输出模块，输出模块还连接压力传感器反馈模块和湿度传感器反馈模块，驱动电路还连接限流保护模块，机械构件还连接平衡位光电开关反馈模块。
主控平台内部还设有电源模块。主控平台内部还设有人机交互模块。主控平台内部还设有通讯模块。治疗机头包括压力传感器和温度传感器。五自由度包括X轴、Y轴、Z轴、旋转和角度。治疗机头包括测距传感器。
本设计根据临床医疗器械的夹紧机构的设计，并能够在医疗操作过程中根据不同的需求更换不同的医疗器械，以满足不同操作的需求，它主要由主臂和从臂及其力-位混合控制系统组成：(1)辅助机器人系统主臂设计：主臂主要由医护人员操作，实现力和位置的柔顺控制，通过主-从臂的遥操作，使从臂末端医疗器械运动到指定位置和姿态；(2)辅助机器人系统从臂设计：从臂是一个多关节机械臂，该机械臂末端用于夹持医疗器械；(3)医疗辅助机器人系统，根据术中监测传感器的实时检测、控制，实现医疗手术、操作过程中的安全性。主-从遥操作控制系统将主臂和从臂形成一个整体，可通过高速Ethercat总线实现机器人力-位混合控制。
临床智能辅助操控系统，是基于仿生原理，研制的新型多功能疼痛治疗领域的机械臂，如冲击波治疗臂，可以满足临床上相关诊疗需要，并通过生物体感知、感受、感觉基础上的治疗效应，自动进行调控、锁定(安全值)，而且可以在一定范围内随着人体的适应度而逐渐增强到最佳的治疗剂量。
需要满足的技术条件包括：
(1)硬件电路总体设计符合医疗设备设计规范，例如电源等；
(2)根据机械结构选择合适参数的驱动电路和步进电机，保证运行的敏捷性、准确性、稳定性；
(3)根据治疗需求在嵌入式平台预置相关参数和算法，实现多种反馈量闭环控制下的智能控制；
(4)治疗机头包含压力传感器和温度传感器，实现治疗时压力和温度的闭环控制，保证安全性；
(5)治疗机头包含测距传感器，可实现人体定位和定型，在此基础上
通过预置相关穴位坐标的算法确定人体穴位，实现不同患者的穴位治疗的运行路线；
(6)治疗机头包含多维度控制，模拟手持操作；
(7)治疗机头内部采用成熟的硬件设计方案，实现多种功能模式治疗。
实施例2，在实施例1的基础上，本设计的机械部分包括传动部分和支撑部分，传动部分采用滑动丝杠螺母机构，通过丝杠转动、螺母移动。特点：结构紧凑、丝杠刚性较好，要限制螺母转动，故需导向装置。电机通过联轴器与丝杠连接。
导向装置可以为横向和纵向导轨，限制螺母的转动自由度或者是特定导向装置，在两个方向导轨的两端均需机械限位装置，防止失控出现过位移的情况发生。
支撑结构设计方案：采用横纵向的导轨支撑，两导轨连接处采用楔形肋板提高强度。横向螺母式滑块可以对冲头进行固定，并实现冲头x，y方向的移动。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种临床智能辅助操控系统，包括主控平台、机头治疗部分、反馈部分和五自由度运动定位部分，其特征在于，所述主控平台分别连接机头治疗部分、反馈部分和五自由度运动定位部分，五自由度运动定位部分包括电机控制电路、驱动电路、步进电机和机械构件，反馈部分包括限流保护模块、平衡位光电开关反馈模块、压力传感器反馈模块、湿度传感器反馈模块和距离传感器反馈模块，机头治疗部分包括治疗机头、机头治疗功能电路和输出模块，主控平台内部设有微控制器，微控制器分别连接电机控制电路、治疗机头、限流保护模块、平衡位光电开关反馈模块、压力传感器反馈模块、湿度传感器反馈模块和距离传感器反馈模块，治疗机头还分别连接机头治疗功能和距离传感器反馈模块，机头治疗功能还连接输出模块，输出模块还连接压力传感器反馈模块和湿度传感器反馈模块，驱动电路还连接限流保护模块，机械构件还连接平衡位光电开关反馈模块。
2.根据权利要求1所述的一种临床智能辅助操控系统，其特征在于，所述主控平台内部还设有电源模块。
3.根据权利要求1所述的一种临床智能辅助操控系统，其特征在于，所述主控平台内部还设有人机交互模块。
4.根据权利要求1所述的一种临床智能辅助操控系统，其特征在于，所述主控平台内部还设有通讯模块。
5.根据权利要求1所述的一种临床智能辅助操控系统，其特征在于，所述治疗机头包括压力传感器和温度传感器。
6.根据权利要求1所述的一种临床智能辅助操控系统，其特征在于，五自由度包括X轴、Y轴、Z轴、旋转和角度。
7.根据权利要求1-4任一所述的一种临床智能辅助操控系统，其特征在于，所述治疗机头包括测距传感器。
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