CN111486419A - 一种无影灯自动定位的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无影灯自动定位的方法和装置，包括基架、活动连接于所述基架上的移动横轨机构以及活动连接于所述移动横轨组件上的伸缩杆组件；所述基架包括环形围挡、沿所述环形围挡内表面一圈且向所述环形围挡圆心方向延伸的环形轨道及固定于所述环形围挡内表面上的支撑部件；所述移动横轨机构包括中央设有通槽的移动杆及活动连接于所述移动杆内的移动组件，所述移动组件包活动连接于所述移动杆内的螺纹杆、用于驱动所述螺纹杆的驱动电机以及螺纹连接于所述螺纹杆上的拖板。根据本发明，解决无影灯头调整不便和调整效率低的问题，并且方便操作，由医生随意控制，减少沟通，定位精准高，大大提高了工作效率。

Description

一种无影灯自动定位的方法和装置

技术领域

本发明涉及无影灯的技术领域，特别涉及一种无影灯自动定位的方法和装置。

背景技术

手术无影灯是手术室内中重要的医疗设备之一，医护人员通过无影灯的使用，可以实现在患者手术部位无阴影照明和区别病灶组织的目的。手术无影灯一般是采用多条光路同时补光，即使有部分光路被遮挡也不会影响术野的整体照明和色彩区分，从而达到无影的效果。

可以说，良好的术野照明是手术成功的关键条件之一。手术无影灯发展到现在，经历了多孔灯、单反射无影灯、多级聚焦；无影灯光源也从卤素灯和氙灯，发展到LED光源等。但以上的发展都是通过改善无影灯的光源作为根本变化，并没有提升无影灯的运动聚焦。这使得无影灯虽然发展了这么多代，但是还是没有从根本上解决无影灯调整不方便、调整效率低和易产生使用疲劳等缺点。

目前只有欧洲少数企业有着无影灯聚焦的研究。对于无影灯头位姿(位置和姿态)调整，目前的研究大都是对手术无影灯支撑结构的改变，在调整方式上仍旧依赖现场医护人员的协调配合，没有真正提升调整效率。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种无影灯自动定位的方法和装置，解决无影灯头调整不便和调整效率低的问题，并且方便操作，由医生随意控制，减少沟通，定位精准高，大大提高了工作效率。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种无影灯装置，包括：

基架、活动连接于所述基架上的移动横轨机构以及活动连接于所述移动横轨组件上的伸缩杆组件；

所述基架包括环形围挡、沿所述环形围挡内表面一圈且向所述环形围挡圆心方向延伸的环形轨道及固定于所述环形围挡内表面上的支撑部件；

所述移动横轨机构包括中央设有通槽的移动杆及活动连接于所述移动杆内的移动组件，所述移动杆的一端固接有一滚轮，另一端固接有转动块，所述转动块上开设有一转动孔，所述滚轮安装于所述环形轨道内，所述移动组件包活动连接于所述移动杆内的螺纹杆、用于驱动所述螺纹杆的驱动电机以及螺纹连接于所述螺纹杆上的拖板；

所述伸缩杆组件包括固定于所述移动杆上的第一伸缩杆、嵌套所述第一伸缩杆内的第二伸缩杆以及与所述第二伸缩杆螺纹连接的伸缩丝杆，所述伸缩丝杆沿第一伸缩杆的轴向向上延伸至所述拖板上且固定于所述拖板上。

优选的，所述支撑部件包括所述第一支撑架及与所述第一支撑架相交叉且固接的第二支撑架，所述第一支撑架与所述第二支撑架相交处开设有一通孔，所述通孔处固定连接有第一电机，所述第一电机的输出轴固定连接于所述转动孔内。

优选的，所述拖板上固接有第二电机，所述第二电机的输出轴上键连接有主动齿轮，所述主动齿轮上啮合有从动齿轮，所述从动齿轮键连接有伸缩丝杆。

优选的，所述第二伸缩杆上转动连接有U型架，所述U型架上转动连接有无影灯头。

还提供了一种无影灯自动定位的装置，包括一多运动副的自由移动装置，所述自由移动装置用于带动无影灯头进行多自由度运动；

用于提供无影灯目标位姿的指示装置；

用于捕捉指示装置的三维空间位置的视觉系统；

用于控制自由移动装置和无影灯装置运动的控制器，所述控制器还用于记录无影灯的当前位姿且接受无影灯的目标位姿信号；

用于判断无影灯是否到达目标位的视觉伺服。

优选的，所述视觉系统包括多个摄像头，所述摄像头用于监控手术区域。

优选的，所述指示装置包括指示笔，所述指示笔包括笔杆、固定于所述笔杆一端的笔帽及固定所述笔杆另一端的笔尖，所述笔帽与所述笔尖内分别设有一光源。

优选的，所述自由移动装置包括至少5个运动副的机械臂，所述机械臂的每个关节均设有伺服驱动装置。

优选的，所述方法包括：

通过控制器记录无影灯的初始位姿；

将指示笔移动至目标位姿，视觉系统通过指示笔在空间的姿态以及指示笔的笔尖的空间位置捕捉到无影灯头的目标位姿信号；

通过控制器接受目标位姿信号并进行处理，发出运动控制信号；

接受到控制信号，机械臂及无影灯装置开始同步进行运动，带动无影灯移动至目标位姿；

通过视觉伺服判断无影灯是否到达目标位姿。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：

1、医生通过指示装置的移动到无影灯所需要的移动的目标位置，视觉系统对目标位置进行捕捉，再通过控制器进行分析处理，控制机械臂和无影灯装置移动，简化了手术无影灯定位调焦的方法，提升了手术无影灯的调整速度及效率。

2、采用多自由度的机械臂带动无影灯进行移动，而且通过医生移动指示装置到达无影灯目标位置，无影灯自动自动移动至目标位置，提高了手术无影灯的定位。

3、机械臂的机器人技术实现无影灯的定位，减轻了医护人员的工作负担，提升了手术室自动化水平。

附图说明

图1为根据本发明的无影灯装置的三维结构示意图；

图2为根据本发明的无影灯装置的基架的三维结构示意图；

图3为根据本发明的无影灯装置的移动横轨机构的三维结构示意图；

图4为根据本发明的无影灯装置的伸缩杆组件的三维结构示意图；

图5为根据本发明的无影灯自动定位的方法原理示意图；

图6为根据本发明的另一种无影灯的三维结构示意图。

图中：10.基架；20.移动横轨组件；30.伸缩杆组件；40.无影灯头；50.U型架；60.第一电机；11.环形围挡；12.环形轨道；13.第一支撑架；14.第二支撑架；15.通孔；21.移动杆；22.滚轮；23.转动块；24.转动孔；25.螺纹杆；26.驱动电机；27.拖板；28.第二电机；29.从动齿轮；210.主动齿轮；31.第一伸缩杆；32.第二伸缩杆；33.伸缩丝杆。

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。

参照图1-4，一种无影灯装置，包括：基架10、活动连接于所述基架10上的移动横轨机构20以及活动连接于所述移动横轨组件20上的伸缩杆组件30，基架10安装于手术室内较高的固定位置，移动横轨机构20位于基架10上进行圆周运动，从而带动所述伸缩杆组件30进行圆周运动，所述基架10包括环形围挡11、沿所述环形围挡11内表面一圈且向所述环形围挡圆心方向延伸的环形轨道12及固定于所述环形围挡12内表面上的支撑部件，所述支撑部件设置于移动横轨机构20正上方，方便无影灯头40进行圆周运动，所述移动横轨机构20一端与所述支撑部件活动连接，另一端与环形轨道12相配合，以使得所述移动横轨机构20可以绕所述支撑部件的中心进行圆周运动，所述移动横轨机构20包括中央设有通槽的移动杆21及活动连接于所述移动杆21内的移动组件，所述移动杆21的一端固接有一滚轮22，另一端固接有转动块23，所述转动块23上开设有一转动孔24，所述转动孔24与所述支撑部件的中心对齐，所述滚轮22安装于所述环形轨12道内，所述移动组件包括活动连接于所述移动杆21内的螺纹杆25、用于驱动所述螺纹杆25的驱动电机26以及螺纹连接于所述螺纹杆25上的拖板27，驱动电机26的输出轴带动螺纹杆25进行转动时，以使螺纹连接于螺纹杆25上的拖板27进行水平移动，所述伸缩杆组件30包括固定于所述移动杆21上的第一伸缩杆31、嵌套所述第一伸缩杆31内的第二伸缩杆32以及与所述第二伸缩杆32螺纹连接的伸缩丝杆33，所述伸缩丝杆33沿第一伸缩杆31的轴向向上延伸至所述拖板27上且固定于所述拖板27上，当拖板27进行水平移动时，带动伸缩杆组件30进行水平移动，所述第一伸缩杆31内壁上开设有一滑动槽，第二伸缩杆32的表面沿轴向设有一限位条，所述限位条与所述滑动槽相配合，当伸缩丝杆33转动时，以使螺纹连接于伸缩丝杆33上的第二伸缩杆32沿伸缩丝杆33轴向移动，所述限位条与所述滑动槽相配合避免第二伸缩杆32在移动时发生转动。

参照图1-2，所述支撑部件包括所述第一支撑架13及与所述第一支撑架13相交叉且固接的第二支撑架14，所述第一支撑架13与所述第二支撑架14相交处开设有一通孔15，所述通孔15处固定连接有第一电机60，所述第一电机60的输出轴穿过通孔15固定连接于所述转动孔24内，所述第一支撑架13与第二支撑架14为第一电机60提供支撑作用，以使得第一电机60的输出轴转动时，进而带动移动杆21绕所述转动孔24进行圆周运动。

参照图3-4，所述拖板27上固接有第二电机28，所述第二电机28的输出轴上键连接有主动齿轮210，所述主动齿轮210上啮合有从动齿轮29，所述从动齿轮29键连接有伸缩丝杆33，所述第二伸缩杆32上转动连接有U型架50，所述U型架50上转动连接有无影灯头40，当第二电机28的输出轴转动时，带动主动齿轮210进行转动，进而带动从动齿轮29转动，而从动齿轮29键连接有伸缩丝杆33，以使得伸缩丝杆33进行转动，最终使得第二伸缩杆32沿伸缩丝杆33轴向移动，U型架50转动于第二伸缩杆32上，第二伸缩杆32沿伸缩丝杆33轴向移动带动U型架50沿竖直方向进行移动，以使得无影灯头沿竖直方向进行移动。

综上所述，当需要无影灯头40沿竖直方向移动时，第二电机28的输出轴转动带动主动齿轮210转动，进而使从动齿轮29转动，而伸缩丝杆33键连接于从动齿轮29上，以使得伸缩丝杆33进行转动，而伸缩丝杆33上螺纹连接有第二伸缩杆32，而沿第二伸缩杆32活动连接无影灯头，以使无影灯头进行竖直方向的移动，当需要无影灯头40水平移动时，驱动电机26的输出轴带动带动螺纹杆25转动，而螺纹杆25上螺纹连接有拖板27，带动拖板27沿螺纹杆25的轴向进行移动，而拖板27固定有从动齿轮29，而从动齿轮29上键连接有伸缩丝杆33，以使得无影灯头40沿沿螺纹杆25的轴向进行运动，当需要无影灯头40移动一定的弧形时，第一电机60的输出轴与移动杆21上的转动孔24键连接，移动杆21一端的滚轮22位于基架10的环形轨道12中，当第一电机60转动时，带动移动杆21绕着第一电机60的输出轴为中心进行转动，而无影灯头固接于所述移动杆21上，以使得无影灯头40转动到需要的弧形位移。

如图6，另一实施例提供了一种无影灯装置，基座杆、与所述基座杆转动连接的转动连接杆、与所述转动连接杆固定连接的伸缩组件、与所述伸缩组件固定连接的连接件、与所述连接件活动连接的U型架及与所述U型活动连接的无影灯头，其中，所述基座杆竖直设置，所述转动连接杆内设有驱动电机，所述驱动电机带动转动连接杆进行转动，所述伸缩组件沿水平方向延伸，所述伸缩组件包括第二电机、与所述第二电机的输出轴螺纹连接的螺纹杆、与所述螺纹杆螺纹连接的第一伸缩杆以及与所述伸缩杆套接的第二伸缩杆，当所述第二电机转动时，带动所述螺纹杆转动，由此第一伸缩杆沿所述第二伸缩杆轴向移动。

参照图5，本实施例提供了一种无影灯自动定位的装置，其特征在于，包括一多运动副的自由移动装置，所述自由移动装置用于带动无影灯头进行多自由度运动，以便于带动无影灯头多自由转动到最佳角度，用于提供无影灯目标位姿的指示装置，手术医生手拿所述指示装置移动到无影灯头需要移动到的位置，然后通过用于捕捉指示装置的三维空间位置的视觉系统精准的捕捉到所述指示装置的目标位姿，接着用于控制自由移动装置和无影灯装置运动的控制器，所述控制器还用于记录无影灯的当前位姿且接受无影灯的目标位姿信号，最后通过用于判断无影灯是否到达目标位的视觉伺服，来精准确定无影灯头是否到达目标位姿。

进一步的，所述视觉系统包括多个摄像头，所述摄像头用于监控手术区域，所述视觉系统中的摄像头能够全面监控到手术区域的画面，以便于能精准捕捉到所述指示装置的目标位姿，再将目标位姿传送于控制器。

进一步的，所述指示装置包括指示笔，所述指示笔包括笔杆、固定于所述笔杆一端的笔帽及固定所述笔杆另一端的笔尖，所述笔帽与所述笔尖内分别设有一光源，所述笔帽与所述笔尖内的光源的颜色有较强的区别度，方便视觉系统精准捕捉目标位姿。

进一步的，所述自由移动装置包括至少5个运动副的机械臂，所述机械臂的每个关节均设有伺服驱动装置，在使用时，所述机械臂的基座固定于手术室的墙壁或者工作台上。

本实施例提供了一种无影灯自动定位的方法，所述方法包括：

通过控制器记录无影灯的初始位姿；

将指示笔移动至目标位姿，视觉系统通过指示笔在空间的姿态以及指示笔的笔尖的空间位置捕捉到无影灯头的目标位姿信号，；

通过控制器接受目标位姿信号并进行处理，发出运动控制信号；

基于控制器发出的运动控制信号，机械臂的各个关节设有伺服驱动装置，所述伺服驱动装置为伺服电机，此时控制器对机械臂各个关节处的伺服电机发出相关的运动指令，同步的，控制器对无影灯装置中的驱动装置发出相关指令，当需要无影灯头40沿竖直方向移动时，第二电机28的输出轴转动带动主动齿轮210转动，进而使从动齿轮29转动，而伸缩丝杆33键连接于从动齿轮29上，以使得伸缩丝杆33进行转动，而伸缩丝杆33上螺纹连接有第二伸缩杆32，而沿第二伸缩杆32活动连接无影灯头，以使无影灯头进行竖直方向的移动，当需要无影灯头40水平移动时，驱动电机26的输出轴带动带动螺纹杆25转动，而螺纹杆25上螺纹连接有拖板27，带动拖板27沿螺纹杆25的轴向进行移动，而拖板27固定有从动齿轮29，而从动齿轮29上键连接有伸缩丝杆33，以使得无影灯头40沿沿螺纹杆25的轴向进行运动，当需要无影灯头40移动一定的弧形时，第一电机60的输出轴与移动杆21上的转动孔24键连接，移动杆21一端的滚轮22位于基架10的环形轨道12中，当第一电机60转动时，带动移动杆21绕着第一电机60的输出轴为中心进行转动，而无影灯头固接于所述移动杆21上，以使得无影灯头40转动到需要的弧形位移，由此通过控制器同时控制机械臂中的驱动伺服电机以及无影灯装置带动无影灯移动至目标位姿；

通过视觉伺服判断无影灯是否到达目标位姿，视觉伺服通过分析控制器中记录的无影灯头的初始位以及目标位姿，以及最后无影灯所达到的最终位姿进行分析比对，当无影灯所达到的最终位姿与控制器中记录的无影灯头目标位姿有差别，此时视觉伺服发出信号，机械臂及无影灯装置继续运动，至无影灯所达到的最终位姿与控制器中记录的无影灯头目标位姿无差别，当无影灯所达到的最终位姿与控制器中记录的无影灯头目标位姿无差别时，无影灯头开始后续的自动调整焦距使光场达到最好的照明效果。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的，对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种无影灯装置，其特征在于，包括：

基架、活动连接于所述基架上的移动横轨机构以及活动连接于所述移动横轨组件上的伸缩杆组件；

所述基架包括环形围挡、沿所述环形围挡内表面一圈且向所述环形围挡圆心方向延伸的环形轨道及固定于所述环形围挡内表面上的支撑部件；

所述移动横轨机构包括中央设有通槽的移动杆及活动连接于所述移动杆内的移动组件，所述移动杆的一端固接有一滚轮，另一端固接有转动块，所述转动块上开设有一转动孔，所述滚轮安装于所述环形轨道内，所述移动组件包括活动连接于所述移动杆内的螺纹杆、用于驱动所述螺纹杆的驱动电机以及螺纹连接于所述螺纹杆上的拖板；

所述伸缩杆组件包括固定于所述移动杆上的第一伸缩杆、嵌套所述第一伸缩杆内的第二伸缩杆以及与所述第二伸缩杆螺纹连接的伸缩丝杆，所述伸缩丝杆沿第一伸缩杆的轴向向上延伸至所述拖板上且固定于所述拖板上。

2.如权利要求1所述的一种无影灯装置，其特征在于，所述支撑部件包括所述第一支撑架及与所述第一支撑架相交叉且固接的第二支撑架，所述第一支撑架与所述第二支撑架相交处开设有一通孔，所述通孔处固定连接有第一电机，所述第一电机的输出轴固定连接于所述转动孔内。

3.如权利要求1所述的一种无影灯装置，其特征在于，所述拖板上固接有第二电机，所述第二电机的输出轴上键连接有主动齿轮，所述主动齿轮上啮合有从动齿轮，所述从动齿轮键连接有伸缩丝杆。

4.如权利要求1所述的一种无影灯装置，其特征在于，所述第二伸缩杆上转动连接有U型架，所述U型架上转动连接有无影灯头。

5.一种无影灯自动定位的装置，其特征在于，包括一多运动副的自由移动装置，所述自由移动装置用于带动无影灯头进行多自由度运动；

用于提供无影灯目标位姿的指示装置；

用于捕捉指示装置的三维空间位置的视觉系统；

用于控制自由移动装置和无影灯装置运动的控制器，所述控制器还用于记录无影灯的当前位姿且接受无影灯的目标位姿信号；

用于判断无影灯是否到达目标位的视觉伺服。

6.如权利要求5所述的一种无影灯自动定位的方法，其特征在于，所述视觉系统包括多个摄像头，所述摄像头用于监控手术区域。

7.如权利要求5所述的一种无影灯自动定位的方法，其特征在于，所述指示装置包括指示笔，所述指示笔包括笔杆、固定于所述笔杆一端的笔帽及固定所述笔杆另一端的笔尖，所述笔帽与所述笔尖内分别设有一光源。

8.如权利要求5所述的一种无影灯自动定位的方法，其特征在于，所述自由移动装置包括至少5个运动副的机械臂，所述机械臂的每个关节均设有伺服驱动装置。

9.如权利要求1-8所述的一种无影灯自动定位的方法，其特征在于，所述方法包括：

通过控制器记录无影灯的初始位姿；

将指示笔移动至目标位姿，视觉系统通过指示笔在空间的姿态以及指示笔的笔尖的空间位置捕捉到无影灯头的目标位姿信号；

通过控制器接受目标位姿信号并进行处理，发出运动控制信号；

接受到控制信号，机械臂及无影灯装置开始同步进行运动，带动无影灯移动至目标位姿；

通过视觉伺服判断无影灯是否到达目标位姿。

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