CN113349933A - 一种机器人系统 - Google Patents

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CN113349933A CN202110770915.0A CN202110770915A CN113349933A CN 113349933 A CN113349933 A CN 113349933A CN 202110770915 A CN202110770915 A CN 202110770915A CN 113349933 A CN113349933 A CN 113349933A
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Abstract

本发明实施例公开一种机器人系统，包括：控制器、光学追踪定位台车、参考架和两个机器人；每个机器人包括：底座以及设置在底座上的配准模块、移动模块、旋转模块、固定模块和机械臂；参考架用于固定患者；用于确定参考架、手术器械的位置信息并上传给控制器；配准模块，用于将存储在控制器中的术前手术规划数据的坐标与机械臂的坐标进行统一；移动模块用于基于控制器的移动指令驱动底座移动；旋转模块用于基于控制器的旋转指令驱动底座和/或机械臂者旋转；机械臂设有用于固定手术器械的夹持部件。通过两个机器人与控制器的设置，可以控制机器人来进行操作，利于保证操作的精度与操作结果的一致性，且能有效提高操作的效率。

Description

一种机器人系统
技术领域
本发明涉及机器人装置领域，尤其涉及一种机器人系统。
背景技术
髋臼截骨术主要需要截断坐骨上肢前端，耻骨上支，及髋臼周围，将髋臼向外旋转至髋臼对股骨头的充分覆盖。由于该髋臼截骨术目前采用的人工方式来进行，而人工的方式无法保证精度，且不同的人执行会有不同的结果，无法保证结果的一致性，且效率低下。
由此，目前需要有一种更好的方案来解决现有技术中的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种机器人系统，通过两个机器人与控制器的设置，可以控制机器人来进行操作，利于保证操作的精度与操作结果的一致性，且能有效提高操作的效率。
具体的，本发明提出了以下具体的实施例：
本发明实施例提出了一种机器人系统，包括：控制器、光学追踪定位台车、参考架和两个机器人；每个所述机器人包括：底座以及设置在所述底座上的移动模块、旋转模块、固定模块、机械臂和设置在所述机械臂末端的配准模块；
其中，所述控制器分别连接所述光学追踪定位台车、所述移动模块、所述旋转模块、所述配准模块、所述固定模块、所述机械臂；
所述参考架用于固定患者；
所述机械臂的前端设有用于固定手术器械的夹持部件；
所述光学追踪定位台车用于确定所述参考架、所述手术器械的位置信息并上传给所述控制器；
所述配准模块用于将术前手术规划数据的坐标与所述机械臂的坐标进行统一；
所述移动模块用于基于所述控制器的移动指令驱动所述底座移动；
所述旋转模块用于基于所述控制器的旋转指令驱动所述底座和/或所述机械臂者旋转。
在一个具体的实施例中，所述参考架包括用于固定患者骨骼的骨骼参考架和用于固定患者手术部位的手术部位参考架。
在一个具体的实施例中，所述手术器械包括：探针；其中，所述探针上设置有通过光学定位系统进行标记的光学标记物。
在一个具体的实施例中，所述机械臂上还设置有固定把持模块，用以固定把持患者的预设骨骼。
在一个具体的实施例中，还包括：显示屏；其中，所述显示屏数据连接所述控制器。
在一个具体的实施例中，所述显示屏为触控显示屏。
在一个具体的实施例中，还包括：
当所述控制器获取到操作边界坐标数据时，控制两个所述机器人在在操作边界坐标数据对应的空间内进行操作。
在一个具体的实施例中，所述操作边界坐标数据是基于术前手术规划数据中的截骨面生成。
在一个具体的实施例中，还包括：
若通过所述控制器判断所述术前手术规划数据未包括预设数量与预设类型的数据；则确认所述术前手术规划数据缺失，并生成提醒信息反馈给预设操作者。
在一个具体的实施例中，若所述控制器获取到原始移动指令，基于所述原始移动指令生成初步移动指令；
将所述初步移动指令发送给所述移动模块进行初步移动，并通过所述光学追踪定位台车获取所述移动模块完成初步移动后的所述机械臂及手术器械的位置；
基于所述位置与所述原始移动指令中对应所述机械臂及手术器械的最终位置生成再次移动指令。
以此，本发明实施例提出了一种机器人系统，包括：控制器、光学追踪定位台车、参考架和两个机器人；每个所述机器人包括：底座以及设置在所述底座上的移动模块、旋转模块、固定模块、机械臂和设置在所述机械臂末端的配准模块；其中，所述控制器分别连接所述光学追踪定位台车、所述移动模块、所述旋转模块、所述配准模块、所述固定模块、所述机械臂；所述参考架用于固定患者；所述用于确定所述参考架、手术器械的位置信息并上传给所述控制器；所述配准模块，用于将存储在所述控制器中的术前手术规划数据的坐标与所述机械臂的坐标进行统一；所述移动模块用于基于所述控制器的移动指令驱动所述底座移动；所述旋转模块用于基于所述控制器的旋转指令驱动所述底座和/或所述机械臂者旋转；所述机械臂的前端设有用于固定手术器械的夹持部件。通过两个机器人与控制器的设置，可以控制机器人来进行操作，利于保证操作的精度与操作结果的一致性，且能有效提高操作的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例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本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
图1示出了本发明实施例提出的一种机器人系统的一种框架结构示意图；
图2示出了本发明实施例提出的一种机器人系统的第二种框架结构示意图；
图3示出了本发明实施例提出的一种机器人系统的第三种框架结构示意图；
图4示出了本发明实施例提出的一种机器人系统的中机器人的外观结构示意图；
图5示出了本发明实施例提出的一种机器人系统的中光学追踪定位台车的外观结构示意图；
图6示出了本发明实施例提出的一种机器人系统的中控制器的外观结构示意图。
图例说明：
100-控制器；200-参考架；
300-机器人；310-底座；330-配准模块；340-移动模块；350-旋转模块；360-固定模块；
370-机械臂；371-固定把持模块；
400-显示屏；500-光学追踪定位台车。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，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。
通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例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例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
实施例1
本发明实施例1公开了一种机器人300系统，如图1、图2以及图3所示，包括：控制器100、光学追踪定位台车500、参考架200和两个机器人300(如图4所示)；每个所述机器人300包括：底座310以及设置在所述底座310上移动模块340、旋转模块350、固定模块360、机械臂370和设置在所述机械臂370末端的配准模块330；
具体的控制器100(如图6所示)是机器人300的控制设备，具体可以为连接机器人300的电脑或者手机等设备。
参考架200则用于固定患者，参考架200可以设置在手术台上。
其中，所述控制器100分别连接所述光学追踪定位台车500(如图5所示)、所述移动模块340、所述旋转模块350、所述配准模块330、所述固定模块360、所述机械臂370；所述参考架200用于固定患者；所述光学追踪定位台车500用于确定所述参考架200、手术器械的位置信息并上传给所述控制器100；所述配准模块330，用于将存储在所述控制器100中的术前手术规划数据的坐标与所述机械臂370的坐标进行统一；所述移动模块340用于基于所述控制器100的移动指令驱动所述底座310移动；所述旋转模块350用于基于所述控制器100的旋转指令驱动所述底座310和/或所述机械臂370者旋转；所述机械臂370的前端设有用于固定手术器械的夹持部件。
具体的，两个机器人300如图4所示，两个机器人300可以基于控制器100所发出的指令配合完成对应指令的操作，如完成截骨操作，由于是采用的机器人300操作来完成，相对人工截骨的方式，于保证操作的精度与操作结果的一致性，且能有效提高操作的效率。
具体的，机器人300上设置有移动模块340、旋转模块350、配准模块330、固定模块360、机械臂370；光学追踪定位台车500用于进行定位操作，具体的可以对机器人300或参考架200进行定位，从而为机器人300的操作提供准确的位置指引；具体的320的定位可以是基于对光学标记物的定位来进行的，具体的光学定位物可以为例如反光镜等。将光学定位物设置在需要定位的位置，后续通过320即可对该位置进行定位。
此外，由于设置有两个机器人300，事先两个机器人300的320可以互相对另一个机器人300进行定位，从而使得两个机器人300统一在同一坐标系下，方便后续操作。
机械臂370前端具有用于固定手术器械的夹持部件，旨在辅助医生实现Ganz截骨术中的截骨、旋转、固定功能。
在一个具体的实施例中，为了能实现更好的固定患者，所述参考架200包括用于固定患者骨骼的骨骼参考架200和用于固定患者手术部位的手术部位参考架200。
且基于多个参考架200的设置，可以在每个参考架200设置光学定位物、以此可以对患者进行更精准的定位，利于后续的操作的正常进行。
在一个具体的实施例中，所述手术器械包括：探针；其中，所述探针上设置有通过光学定位系统进行标记的光学标记物。
具体的，通过探针可以对骨骼进行钻孔操作，使得后续在完成截骨之后，可以在所钻孔洞内放置螺钉。
此外，手术器械还可以包括截骨器和置钉模块，以便进行截骨操作以及在截骨操作后将螺钉放置到预设规划的位置。
在一个具体的实施例中，如图2所示，所述机械臂370上还设置有固定把持模块371，用以固定把持患者的预设骨骼。
具体的，在实际应该过程中，例如截骨完成后并经过旋转后，需要用螺钉将骨块坚固固定，此时通过通道定位模块，驱使机械臂370(末端含有空心通道装置)自动摆位，为螺钉的植入提供最佳的角度和深度。
在一个具体的实施例中，还包括：显示屏400；其中，所述显示屏400数据连接所述控制器100。
为了更直观的显示控制器100接收以及发送的数据，本方案中还设置有显示屏400，基于显示屏400，可以尽可能避免误操作，保证操作的有序进行。
除了进行显示外，处于更方便的进行操作的需要，所述显示屏400为触控显示屏。
以此，操作者可以直接通过触控屏进行指令的生成与发送，以便控制机器人300执行对应的操作。
在一个具体的实施例中，当所述控制器100获取到操作边界坐标数据时，控制两个所述机器人300在在操作边界坐标数据对应的空间内进行操作。
具体的，可以事先在控制器100中设置操作边界坐标数据，具体的边界坐标数据可以保证机械臂370末端摆锯在自动截骨的过程中，无法运动到边界之外，从而保护截骨的安全性。
进一步的，所述操作边界坐标数据是基于术前手术规划数据中的截骨面生成。
具体的，事先控制器100可以获取术前手术规划数据，术前手术规划数据中会包括术前手术规划的各种数据参考，例如截骨面以及截骨的深度，旋转方向和角度等，以此基于该术前手术规划数据，可以获取手术规划的最小范围，以此限制机器人300在此范围内活动。
在一个具体的实施例中，若通过所述控制器100判断所述术前手术规划数据未包括预设数量与预设类型的数据；则确认所述术前手术规划数据缺失，并生成提醒信息反馈给预设操作者。
具体的，控制会获取术前手术规划数据，而术前手术规划数据有可能是不完整的，例如针对截骨操作，术前手术规划数据含有基于患者CT重建的3D模型，截骨角度、深度、骨块旋转角度的信息；在此情况下，可以通过自动判断是否缺失，从而进行提醒，避免后续的操作出现失误。
具体的，术前手术规划数据可以根据历史术前手术规划数据来确定必须包括哪些数量与哪些类型的数据，若当前的术前手术规划数据没有这些数据，即可认为存在缺失，需要补充。
在一个具体的实施例中，若所述控制器100获取到原始移动指令，基于所述原始移动指令生成初步移动指令；
将所述初步移动指令发送给所述移动模块340进行初步移动，并通过所述光学追踪定位台车500获取所述移动模块340完成初步移动后的所述机械臂370及手术器械的位置；
基于所述位置与所述原始移动指令对应所述机械臂370及手术器械的最终位置生成再次移动指令；
将所述再次移动指令发送给所述移动模块340，完成所述机械臂370及手术器械的移动。
具体的，在控制机器人300旋转时，分为初步移动与再次移动，可以有效保证移动的精度。
以此，本发明实施例提出了一种机器人300系统，包括：控制器100、参考架200和两个机器人300；每个所述机器人300包括：底座310以及设置在所述底座310上的移动模块340、旋转模块350、固定模块360、机械臂370和设置在所示机械臂370末端的配准模块330；其中，所述控制器100分别连接所述320、所述移动模块340、所述旋转模块350、所述光学追踪定位台车500、所述固定模块360、所述机械臂370；所述参考架200用于固定患者；所述光学追踪定位台车500用于确定所述参考架200、手术器械的位置信息并上传给所述控制器100；所述配准模块330，用于将存储在所述控制器100中的术前手术规划数据的坐标与所述机械臂370的坐标进行统一；所述移动模块340用于基于所述控制器100的移动指令驱动所述底座310移动；所述旋转模块350用于基于所述控制器100的旋转指令驱动所述底座310和/或所述机械臂370者旋转；所述机械臂370的前端设有用于固定手术器械的夹持部件。通过两个机器人300与控制器100的设置，可以控制机器人300来进行操作，利于保证操作的精度与操作结果的一致性，且能有效提高操作的效率。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机器人系统，其特征在于，包括：控制器、光学追踪定位台车、参考架和两个机器人；每个所述机器人包括：底座以及设置在所述底座上的移动模块、旋转模块、固定模块、机械臂和设置在所述机械臂末端的配准模块；
其中，所述控制器分别连接所述光学追踪定位台车、所述移动模块、所述旋转模块、所述配准模块、所述固定模块、所述机械臂；
所述参考架用于固定患者；
所述机械臂的前端设有用于固定手术器械的夹持部件；
所述光学追踪定位台车用于确定所述参考架、所述手术器械的位置信息并上传给所述控制器；
所述配准模块用于将术前手术规划数据的坐标与所述机械臂的坐标进行统一；
所述移动模块用于基于所述控制器的移动指令驱动所述底座移动；
所述旋转模块用于基于所述控制器的旋转指令驱动所述底座和/或所述机械臂者旋转。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述参考架包括用于固定患者骨骼的骨骼参考架和用于固定患者手术部位的手术部位参考架。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述手术器械包括：探针；其中，所述探针上设置有通过光学定位系统进行标记的光学标记物。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述机械臂上还设置有固定把持模块，用以固定把持患者的预设骨骼。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：显示屏；其中，所述显示屏数据连接所述控制器。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述显示屏为触控显示屏。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，
当所述控制器获取到操作边界坐标数据时，控制两个所述机器人在操作边界坐标数据对应的空间内进行操作。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述操作边界坐标数据是基于术前手术规划数据中的截骨面生成。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，
若通过所述控制器判断所述术前手术规划数据未包括预设数量与预设类型的数据；则确认所述术前手术规划数据缺失，并生成提醒信息反馈给预设操作者。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，
若所述控制器获取到原始移动指令，基于所述原始移动指令生成初步移动指令；
将所述初步移动指令发送给所述移动模块进行初步移动，并通过所述光学追踪定位台车获取所述移动模块完成初步移动后的所述机械臂及手术器械的位置；
基于所述位置与所述原始移动指令中对应所述机械臂及手术器械的最终位置生成再次移动指令；
将所述再次移动指令发送给所述移动模块，完成所述机械臂及手术器械的移动。
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