CN111588468A - 一种具有定位手术区域功能的外科手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有定位手术区域功能的外科手术机器人，包括：平台以及与平台配合连接的升降组件；平台顶部设置有转动机构，转动机构顶部连接有升降组件，升降组件一侧设置有摄像头，摄像头对图像信息进行采集；升降组件包括竖直设置的传动机构以及与传动机构相配合的第一连杆与第二连杆；第一连杆与第二连杆自由端分别配合连接有第一机械臂与第二机械臂，第一机械臂端部通过第一配合件配合连接有第一机械手，第二机械臂端部通过第二配合件配合连接有第二机械手，第一机械手与第二机械手内部均设置电磁机构，电磁机构端部设置有吸盘；第一机械手与第二机械手自由端外侧设置有探头，探头能够识别手术部位。

Description

一种具有定位手术区域功能的外科手术机器人

技术领域

本发明涉及医学领域及智能控制领域，尤其涉及一种具有定位手术区域功能的外科手术机器人。

背景技术

随着计算机和微电子技术以及医学科学的快速发展，各种用途的医用机器人在医学领域中得到越来越广泛的应用，在外科手术领域，一些手术因手术时间长，工作强度大，医生往往因为过度疲劳容易产生失误，甚至造成医疗事故，外科手术机器人解决了医生人工手术过程中的弊端，避免了由于医生疲劳引发的不良后果。

而现有的一些外科手术机器人，需要外科医生进行辅助操作，输入指令进行控制机器人操作，在进行手术过程中，需要人为干预进行确定手术区域，然后进行控制机器人手术操作，其次现有的外科手术机器人不能通过大数据分析及图像采集进行手术区域的自动化识别及判断，在接触到新患者时，无法对新患者的采集信息进行分析，然后根据大数据平台对原始数据进行分析，从而进行智能化判断手术区域，智能化程度较低。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种具有定位手术区域功能的外科手术机器人。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种具有定位手术区域功能的外科手术机器人，包括：平台以及与平台配合连接的升降组件；其特征在于，

所述平台顶部设置有转动机构，所述转动机构顶部连接有升降组件，所述转动机构能够带动升降组件旋转，所述升降组件一侧设置有摄像头，所述摄像头对图像信息进行采集；

所述升降组件包括竖直设置的传动机构以及与传动机构相配合的第一连杆与第二连杆，所述第一连杆与所述第二连杆端部均固定连接在所述传动机构上，所述第一连杆与第二连杆对称设置；

所述第一连杆与所述第二连杆自由端分别配合连接有第一机械臂与第二机械臂，所述第一机械臂端部通过第一配合件配合连接有第一机械手，所述第二机械臂端部通过第二配合件配合连接有第二机械手，所述第一机械手与所述第二机械手能够多自由转动；

所述第一机械手与所述第二机械手内部均设置电磁机构，所述电磁机构端部设置有吸盘；

当所述电磁机构通电过程中所述吸盘产生磁吸，能够吸合手术工具；

手术工具通过所述吸盘配合连接在所述第一机械手与所述第二机械手端部；

所述第一机械手与所述第二机械手自由端外侧设置有探头，所述探头能够识别手术部位。

本发明一个较佳实施例中，所述平台包括基座、检测单元、动力单元与移动单元；所述检测单元设置在所述基座的顶部，所述检测单元包括角度传感器、位置传感器、转速传感器中的一种或多种，所述动力单元设置在所述基座的一侧，所述动力单元包括电机、制动件与散热件，所述制动件设置在所述平台的一侧，所述散热件设置在所述电机上。

本发明一个较佳实施例中，所述升降组件顶部设置有控制盒，所述控制盒内部设置有控制器，所述控制器能够控制第一机械臂、第二机械臂、第一机械手与第二机械手按预定方式动作。

本发明一个较佳实施例中，所述第一配合件包括第一转动件与第二转动件，所述第一转动件与所述第二转动件能够在不同平面转动，所述第一配合件能够实现万向旋转。

本发明一个较佳实施例中，所述移动单元设置在基座底部四角，所述移动单元包括连接件、卡件与滚轮，所述连接件固定连接在卡件的顶部，所述卡件配合连接有滚轮，至少一个移动单元设置有锁止件。

本发明一个较佳实施例中，所述第一机械手与所述第二机械手端部内侧沿周向间隔设置有若干个接近式传感器，通过所述接近式传感器能够检测第一机械手、所述第二机械手与用户之间的位置关系。

本发明一个较佳实施例中，所述第一连杆与所述第一机械臂通过第一联轴器连接；所述第二连杆与所述第二机械臂通过第二联轴器连接。

本发明第二方面提供了一种具有定位手术区域功能的外科手术机器人控制方法，包括如下步骤：

获取手术信号，得到手术信息；

分析病人原始数据，并通过大数据计算同一病情处理方式数据，得到最优处理方式；

根据最优处理方式得到手术操作顺序及操作方法；

获取工具头识别信号，得到工具头信息；

根据手术操作顺序匹配对应工具头，移动机械手至预定工具头上方，进行工具头自动更换。

本发明一个较佳实施例中，采集病人原始数据,建立模型,当有新患者手术时,将采集到新患者信息数据输入模型中进行分析,模型自动计算手术部位,控制器控制机械手按照预定方式动作。

本发明一个较佳实施例中，通过病人信息数据获取手术区域，确定手术位置信息；

获取机械手位置信息，对比机械手位置信息与预定手术位置，得到位置偏差率；

当位置偏差率大于预定阈值时，调整机械手位置，直至位置偏差率不大于预定阈值。

本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：

(1)通过设置两个机械手进行针对性操作，如消毒、按压、穿刺等操作，两个机械手在实现自由度空间大的情形下，还能够减少机械手的占用空间，在进行精细化操作过程中，操作区域更大，使用更加灵活。

(2)工具头通过吸合的方式固定在机械手端部，在需要进行更换工具头时，只需要控制机械手移动至工具箱顶部对应工具头上方，进行更换，操作简单。

(3)通过对比机械手位置与预定手术位置信息，得到机械手移动位置是否有偏差，当机械手移动位置有偏差时，获取偏差信号，将偏差信号传输至控制器，控制器控制机械手进行修正调整，使的机械手精准定位手术区域，提高手术的准确性。

(4)通过大数据分析病人原始数据，在对病人进行手术过程中，能够参考病人既往病史，选择最优的手术方案，通过大数据还能够分析其他病人在进行同一项手术操作时，出现的问题及手术经验，提高手术安全性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的优选实施例的局部结构示意图；

图2是本发明的优选实施例的平台局部结构示意图；

图3是本发明的优选实施例的A部结构放大图；

图4是本发明的优选实施例的B部结构放大图；

图5为移动单元结构示意图；

图中：

1、控制盒，2、升降组件，3、第一连杆，4、第一联轴器，5、第一机械臂，6、基座，7、减速器，8、检测单元，9、滚轮，10、锁止件，11、动力单元，12、第一机械手，13、第二机械手，14、第二机械臂，15、摄像头，16、第二连杆，17、转动机构，18、移动单元， 19、第二联轴器，20、第一配合件，21、第二配合件，22、制动件， 23、吸盘，24、接近式传感器，25、探头，26、电磁机构，27、连接件，28、卡件。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图1所示,本发明公开了一种具有定位手术区域功能的外科手术机器人。

一种具有定位手术区域功能的外科手术机器人，包括：平台以及与平台配合连接的升降组件2；其特征在于，

平台顶部设置有转动机构17，转动机构17顶部连接有升降组件 2，转动机构17能够带动升降组件2旋转，升降组件2一侧设置有摄像头15，摄像头15对图像信息进行采集；

升降组件2包括竖直设置的传动机构以及与传动机构相配合的第一连杆3与第二连杆16，第一连杆3与第二连杆16端部均固定连接在传动机构上，第一连杆3与第二连杆16对称设置；

第一连杆3与第二连杆16自由端分别配合连接有第一机械臂5 与第二机械臂14，第一机械臂5端部通过第一配合件20配合连接有第一机械手12，第二机械臂14端部通过第二配合件21配合连接有第二机械手13，第一机械手12与第二机械手13能够多自由转动；

第一机械手12与第二机械手13内部均设置电磁机构26，电磁机构26端部设置有吸盘23；

当电磁机构26通电过程中吸盘23产生磁吸，能够吸合手术工具；

手术工具通过吸盘23配合连接在第一机械手12与第二机械手13端部；

第一机械手12与第二机械手13自由端外侧设置有探头25，探头25能够识别手术部位。

如图2所示，本发明公开了平台局部结构示意图；

根据本发明实施例，平台包括基座6、检测单元8、动力单元11 与移动单元18；检测单元8设置在基座6的顶部，检测单元8包括角度传感器、位置传感器、转速传感器中的一种或多种，动力单元 11设置在基座6的一侧，动力单元11包括电机、制动件22与散热件，制动件22设置在平台的一侧，散热件设置在电机上。

根据本发明实施例，升降组件2顶部设置有控制盒1，控制盒1 内部设置有控制器，控制器能够控制第一机械臂5、第二机械臂14、第一机械手12与第二机械手13按预定方式动作。

需要说明的是，预定方式动作包括机械臂的旋转，机械手的旋转或伸缩，机械手的位移变化等。

如图3所示，本发明公开了A部放大图。

第一连杆3与第二连杆16自由端分别配合连接有第一机械臂5 与第二机械臂14，第一机械臂5端部通过第一配合件20配合连接有第一机械手12，第二机械臂14端部通过第二配合件21配合连接有第二机械手13，第一机械手12与第二机械手13能够多自由转动

根据本发明实施例，第一配合件20包括第一转动件与第二转动件，第一转动件与第二转动件能够在不同平面转动，第一配合件20 能够实现万向旋转。

需要说明的是，第二配合件21包括第三转动件与第四转动件，第三转动件与第四转动件在不同平面运动，第二配合件21能够万向旋转，通过第一配合件20与第二配合件21能够使第一机械手12与第二机械手13实现万向转动，增加第一机械手12与第二机械手13的自由度，在设置两个机械手的情况下，依然能够完成所有的手术操作。

如图5所示，本发明公开了移动单元结构示意图；

根据本发明实施例，移动单元18设置在基座6底部四角，移动单元18包括连接件27、卡件28与滚轮9，连接件27固定连接在卡件28的顶部，卡件28配合连接有滚轮9，至少一个移动单元18设置有锁止件10。

需要说明的是，连接件27上设置有固定孔，通过螺丝能够将连接件27固定在基座6的底部，连接件27与基座6可拆卸连接，能够跟换连接件27尺寸。

如图4所示，本发明公开了B部结构放大图；

根据本发明实施例，第一机械手12与第二机械手13端部内侧沿周向间隔设置有若干个接近式传感器24，通过接近式传感器24能够检测第一机械手12、第二机械手13与用户之间的位置关系。

需要说明的是，接近式传感器24能够是位置传感器，第一机械手12或第二机械手13接近用户时，能够检测第一机械手12或第二机械手13与用户之间的距离，相对位置等数据。

根据本发明实施例，第一连杆3与第一机械臂5通过第一联轴器4连接；第二连杆16与第二机械臂14通过第二联轴器19连接。

需要说明的是，通过第一联轴器4能够使第一机械臂5旋转，通过第二联轴器19能够使第二机械臂14旋转。

本发明第二方面提供了一种具有定位手术区域功能的外科手术机器人控制方法，包括如下步骤：

获取手术信号，得到手术信息；

分析病人原始数据，并通过大数据计算同一病情处理方式数据，得到最优处理方式；

根据最优处理方式得到手术操作顺序及操作方法；

获取工具头识别信号，得到工具头信息；

根据手术操作顺序匹配对应工具头，移动机械手至预定工具头上方，进行工具头自动更换。

需要说明的是，工具头上设置有磁吸片，电磁机构26能够是线圈缠绕金属结构，线圈通电过程中产生磁场，吸盘23具有磁性，通过吸盘23能够将工具头36吸合。

平台顶部设置有转动机构17，转动机构17顶部连接有升降组件 2，转动机构17能够带动升降组件2旋转，升降组件2一侧设置有摄像头15，摄像头15对图像信息进行采集；

升降组件2包括竖直设置的传动机构以及与传动机构相配合的第一连杆3与第二连杆16，第一连杆3与第二连杆16端部均固定连接在传动机构上，第一连杆3与第二连杆16对称设置；

第一连杆3与第二连杆16自由端分别配合连接有第一机械臂5 与第二机械臂14，第一机械臂5端部通过第一配合件20配合连接有第一机械手12，第二机械臂14端部通过第二配合件21配合连接有第二机械手13，第一机械手12与第二机械手13能够多自由转动；

第一机械手12与第二机械手13内部均设置电磁机构26，电磁机构26端部设置有吸盘23；

当电磁机构26通电过程中吸盘23产生磁吸，能够吸合手术工具；

手术工具通过吸盘23配合连接在第一机械手12与第二机械手 13端部；

第一机械手12与第二机械手13自由端外侧设置有探头25，探头25能够识别手术部位

根据本发明实施例，采集病人原始数据,建立模型,当有新患者手术时,将采集到新患者信息数据输入模型中进行分析,模型自动计算手术部位,控制器控制机械手按照预定方式动作。

需要说明的是，采集病人原始数据，并将原始数据进行归类，归类的方法包括：通过病人的手术区域，将相近手术区域内的原始数据归为一类，存储至数据库内的不同子区域下，通过分析新患者的信息数据，快速分析手术区域，并在对应的子区域内进行原始数据的读取分析，此种方式能够提高数据处理的速度。

控制器控制机械手按照预定方式动作，具体包括：机械手分为第一机械手与第二机械手，第一机械手与第二机械手能够实现不同功能，比如，第一机械手进行按压操作，第二机械手进行消毒，两个机械手相互配合，就像人的双臂。

根据本发明实施例，通过病人信息数据获取手术区域，确定手术位置信息；

获取第一机械手位置信息及第二机械手位置信息，对比机械手位置信息与预定手术位置，得到位置偏差率；

当位置偏差率大于预定阈值时，调整机械手位置，直至位置偏差率不大于预定阈值。

需要说明的是，通过对比机械手位置与预定手术位置信息，得到机械手移动位置是否有偏差，当机械手移动位置有偏差时，获取偏差信号，将偏差信号传输至控制器，控制器控制机械手进行修正调整，使的机械手精准定位手术区域，提高手术的准确性，只有当第一机械手的位置偏差信息与第二机械手的位置偏差信息均在预定阈值内时，控制器判断第一机械手与第二机械手均到达指定区域，此时才能进行手术，当任一机械手位置偏差大于预定阈值时，向控制器发送偏差信号，控制器接收偏差信号后，计算调整信息，将调整信号传输至机械手，进行单一机械手的调整，提高手术精确性。

通过设置两个机械手进行针对性操作，如消毒、按压、穿刺等操作，两个机械手在实现自由度空间大的情形下，还能够减少机械手的占用空间，在进行精细化操作过程中，操作区域更大，使用更加灵活。

工具头通过吸合的方式固定在机械手端部，在需要进行更换工具头时，只需要控制机械手移动至工具箱顶部对应工具头上方，进行更换，操作简单。

通过对比机械手位置与预定手术位置信息，得到机械手移动位置是否有偏差，当机械手移动位置有偏差时，获取偏差信号，将偏差信号传输至控制器，控制器控制机械手进行修正调整，使的机械手精准定位手术区域，提高手术的准确性。

通过大数据分析病人原始数据，在对病人进行手术过程中，能够参考病人既往病史，选择最优的手术方案，通过大数据还能够分析其他病人在进行同一项手术操作时，出现的问题及手术经验，提高手术安全性。

以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。

Claims (10)

1.一种具有定位手术区域功能的外科手术机器人，包括：平台以及与平台配合连接的升降组件；其特征在于，

所述平台顶部设置有转动机构，所述转动机构顶部连接有升降组件，所述转动机构能够带动升降组件旋转，所述升降组件一侧设置有摄像头，所述摄像头对图像信息进行采集；

所述升降组件包括竖直设置的传动机构以及与传动机构相配合的第一连杆与第二连杆，所述第一连杆与所述第二连杆端部均固定连接在所述传动机构上，所述第一连杆与第二连杆对称设置；

所述第一连杆与所述第二连杆自由端分别配合连接有第一机械臂与第二机械臂，所述第一机械臂端部通过第一配合件配合连接有第一机械手，所述第二机械臂端部通过第二配合件配合连接有第二机械手，所述第一机械手与所述第二机械手能够多自由转动；

所述第一机械手与所述第二机械手内部均设置电磁机构，所述电磁机构端部设置有吸盘；

当所述电磁机构通电过程中所述吸盘产生磁吸，能够吸合手术工具；

手术工具通过所述吸盘配合连接在所述第一机械手与所述第二机械手端部；

所述第一机械手与所述第二机械手自由端外侧设置有探头，所述探头能够识别手术部位。

2.根据权利要求1所述的一种具有定位手术区域功能的外科手术机器人，其特征在于：所述平台包括基座、检测单元、动力单元与移动单元；所述检测单元设置在所述基座的顶部，所述检测单元包括角度传感器、位置传感器、转速传感器中的一种或多种，所述动力单元设置在所述基座的一侧，所述动力单元包括电机、制动件与散热件，所述制动件设置在所述平台的一侧，所述散热件设置在所述电机上。

3.根据权利要求1所述的一种具有定位手术区域功能的外科手术机器人，其特征在于：所述升降组件顶部设置有控制盒，所述控制盒内部设置有控制器，所述控制器能够控制第一机械臂、第二机械臂、第一机械手与第二机械手按预定方式动作。

4.根据权利要求1所述的一种具有定位手术区域功能的外科手术机器人，其特征在于：所述第一配合件包括第一转动件与第二转动件，所述第一转动件与所述第二转动件能够在不同平面转动，所述第一配合件能够实现万向旋转。

5.根据权利要求2所述的一种具有定位手术区域功能的外科手术机器人，其特征在于：所述移动单元设置在基座底部四角，所述移动单元包括连接件、卡件与滚轮，所述连接件固定连接在卡件的顶部，所述卡件配合连接有滚轮，至少一个移动单元设置有锁止件。

6.根据权利要求1所述的一种具有定位手术区域功能的外科手术机器人，其特征在于：所述第一机械手与所述第二机械手端部内侧沿周向间隔设置有若干个接近式传感器，通过所述接近式传感器能够检测第一机械手、所述第二机械手与用户之间的位置关系。

7.根据权利要求1所述的一种具有定位手术区域功能的外科手术机器人，其特征在于：所述第一连杆与所述第一机械臂通过第一联轴器连接；所述第二连杆与所述第二机械臂通过第二联轴器连接。

8.一种外科手术机器人控制方法，应用于权利要求1-7任一所述的一种具有定位手术区域功能的外科手术机器人中，其特征在于，包括：

获取手术信号，得到手术信息；

分析病人原始数据，并通过大数据计算同一病情处理方式数据，得到最优处理方式；

根据最优处理方式得到手术操作顺序及操作方法；

获取工具头识别信号，得到工具头信息；

根据手术操作顺序匹配对应工具头，移动机械手至预定工具头上方，进行工具头自动更换。

9.根据权利要求8所述的一种外科手术机器人控制方法,其特征在于,

采集病人原始数据,建立模型,当有新患者手术时,将采集到新患者信息数据输入模型中进行分析,模型自动计算手术部位,控制器控制机械手按照预定方式动作。

10.根据权利要求8所述的一种外科手术机器人控制方法,其特征在于,

通过病人信息数据获取手术区域，确定手术位置信息；

获取机械手位置信息，对比机械手位置信息与预定手术位置，得到位置偏差率；

当位置偏差率大于预定阈值时，调整机械手位置，直至位置偏差率不大于预定阈值。

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