CN113855386A - 一种用于眼科手术机器人的柔性操作系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于眼科手术机器人的柔性操作系统，包括末端执行器、柔性操作单元、控制单元以及固定架，所述控制单元与所述柔性操作单元的起始端配合连接，所述末端执行器与所述柔性操作单元的末端配合连接，所述固定架用于固定所述控制单元，所述柔性操作单元包括起始端的第一联动机构、末端的第二联动机构以及中间端的若干个第三联动机构，若干个所述第三联动机构与所述第一联动机构以及所述第二联动机构啮合传动，通过球形齿轮进行传动，增加了机器人的柔性，灵活度较高；通过控制单元精准的控制机器人，驱动控制策略简单、体积小、安全性能高，减少了控制系统的复杂性，从而减少了手术的误差。

Description

一种用于眼科手术机器人的柔性操作系统

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，特别是一种用于眼科手术机器人的柔性操作系统。

背景技术

眼睛是人体最重要的感觉器官，大脑所获得的信息有80%是通过眼睛得到的，眼部疾病或者失明将会给我们的生活带来巨大的不便。为了提高对白内障、青光眼、玻璃体视网膜疾病等频发眼科疾病的治疗效果，研究人员相继提出了一些创新性的手术术式，例如白内障超声乳化吸除术、黏小管手术、视网膜静脉血管插管术、视网膜静脉搭桥术等。新术式的出现虽然可以有效改善治疗效果，但大多数均采用人工进行手术，对医生的手术技能提出了很高的要求。由于眼科医生手部颤抖幅度较大，因此人手难以达到手术操作的精度要求，同时在视网膜手术中，75%的手术器械与血管的接触力都小于7.5mN，医生只能感知其中19%的接触力，可见人手感知能力也进一步约束了手术的实施，并且由于手术操作空间狭小且受到巩膜切口的约束，医生在进行眼内操作时极有可能对切口组织造成撕扯。

随着医学影像技术、传感器技术及机器人技术的快速发展，医疗机器人已成为先进机器人领域的重要研究方向，医疗机器人在操作灵活性、稳定性及精准性等方面具有明显优势，促进了眼科手术向微创化、智能化、精准化方向发展。并且医疗手术机器人不仅可以过滤人手的颤抖，还具有较好的感知能力，能够提高手术的安全性，还能更好地节省医疗资源，解决医生人手不足问题。然而，目前在市场上的眼科手术机器人虽然可以进行微创外科手术，但是机器人系统成本高、手术费用大，机器人的体积较大、刚性大、自由度较低。因此，研究出新型、小型、低成本柔性高、控制精度高的眼科手术机器人是未来发展重要的方向。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供了一种用于眼科手术机器人的柔性操作系统。

为达到上述目的本发明采用的技术方案为：一种用于眼科手术机器人的柔性操作系统，包括末端执行器、柔性操作单元、控制单元以及固定架；

所述控制单元与所述柔性操作单元的起始端配合连接，所述末端执行器与所述柔性操作单元的末端配合连接，所述固定架用于固定所述控制单元；

所述柔性操作单元包括起始端的第一联动机构、末端的第二联动机构以及中间端的若干个第三联动机构，若干个所述第三联动机构与所述第一联动机构以及所述第二联动机构啮合传动；

所述控制单元与所述第一联动机构配合连接，所述控制单元包括第一控制单元与第二控制单元，所述第一控制单元包括第一控制机构与第二控制机构；

所述末端执行器与所述第二联动机构配合连接，所述末端执行器上设置有若干个工具腔，若干个所述工具腔内对应固定连接有若干种手术工具；

所述第一联动机构与所述第二联动机构的结构相同，包括第一轴承、第一连接件以及第一球形齿轮，所述第一球形齿轮通过所述第一轴承固定连接于所述第一连接件上；

所述第三联动机构包括第一壳体、第二壳体、第二轴承、第三轴承，所述第一壳体与所述第二壳体通过十字万向轴相连接，所述第一壳体通过第二轴承固定连接有第二球形齿轮，所述第二壳体通过第三轴承固定连接有第三球形齿轮。

进一步的，本发明的一个较佳实施例中，所述第一控制单元包括第一控制机构与第二控制机构，所述第一控制机构与所述第二控制机构的结构相同，包括连杆、转动副、第一推杆、滑块、第一螺纹丝杆以及第一驱动电机，所述连杆一端与所述第一联动机构固定连接，所述连杆的另一端与所述转动副固定连接，所述转动副还固定连接有第一推杆，所述第一推杆贯穿所述固定架通过滑块与所述第一螺纹丝杆配合连接，所述螺纹丝杆与所述第一驱动电机配合连接。

进一步的，本发明的一个较佳实施例中，所述第二控制单元包括第二驱动电机，所述第二驱动电机的输出端与第二联轴器配合连接，所述第二联轴器另一端与旋转轴固定连接，所述旋转轴另一端与所述起始端的第一球形齿轮固定连接。

进一步的，本发明的一个较佳实施例中，每两个所述第三联动机构间通过第二连接件相连接，所述第二连接件交替连接于每两个所述第一壳体与所述第二壳体上。

进一步的，本发明的一个较佳实施例中，若干个所述工具腔内对应设置有伸缩机构，所述伸缩机构包括第三驱动电机，所述第三驱动电机的输出端配合连接有第三联轴器，所述第三联轴器配合连接有第三螺纹丝杆，所述第三螺纹丝杆与第三推杆配合连接，所述第三推杆的另一端设置有卡槽，所述手术工具通过所述卡槽与所述推杆配合连接。

进一步的，本发明的一个较佳实施例中，所述卡槽的内壁与底部设置有第一传感器，所述第一传感器用于检测手术工具在手术时的状态信息。

进一步的，本发明的一个较佳实施例中，所述工具腔内还设置有消毒机构与第二传感器，所述消毒机构用于对手术工具进行消毒，所述末端执行器、所述柔性操作单元以及所述控制单元上均设置有若干个第三传感器，所述末端执行器上还设置有摄像机构。

本发明第二方面提供了一种用于眼科手术机器人的柔性操作系统的控制方法，应用于任一所述的一种用于眼科手术机器人的柔性操作系统，包括以下步骤：

建立机器人操作面初始位置信息；

获取病人位姿信息，根据病人位姿信息生成初始位姿信息；

采集病人眼部图像信息，获取病例信号，得到病例信息，建立预设模型；

对所述预设模型进行分析，以获取手术区域，通过大数据计算出手术处理方式，得到手术信息；

将所述手术信息传送至控制器，控制器控制机器人进行适配性操作。

进一步的，本发明的一个较佳实施例中，控制器控制机器人进行适配性操作，还包括：

控制机器人由初始位置移动至手术起点位置，以调整机器人的高度以及前后位置；

控制器根据接收到的第一旋转指令控制第三驱动电机旋转，以把手术工具由工具腔中推出；

控制器根据接收到的第二旋转指令控制第一驱动电机旋转，通过第一驱动电机旋转带动柔性操作单元传动，从而带动末端执行器按照预设路径移动；

控制器根据接收到的第三旋转指令控制第二驱动电机旋转，以带动手术工具偏转；

记录所述第一驱动电机、所述第二驱动电机、所述第三驱动电机转动的转数；

当需要进行更换手术工具时，根据所述转数控制所述第三驱动电机反转，以带动对应的手术工具回到对应的工具腔内，同时，控制所需要的手术工具腔内的第三驱动电机旋转，以把需要的手术工具由对应的工具腔内推出；

控制器控制所述第一驱动电机、所述第二驱动电机、所述第三驱动电机反转，机器人回归至手术起点位置，完成手术过程。

本发明第三方面提供了一种用于眼科手术机器人的柔性操作系统的纠偏方法，包括以下步骤：

通过摄像机构实时采集病人手术时位姿信息，将病人手术时位姿信息与病人初始位姿信息作对比，得出偏差率；

判断所述偏差率是否大于预设阈值；

若大于，则生成补偿信息；

将所述补偿信息传送至控制器上。

本发明公开的一种用于眼科手术机器人的柔性操作系统，通过球形齿轮进行传动，增加了机器人的柔性，减少关节的复杂程度，灵活度较高；通过控制单元精准的驱动与精准的控制机器人，使得机器人具有多个自由度，驱动控制策略简单、体积小、安全性能高，无需每个关节都有控制系统，减少了控制系统的复杂性，从而减少了手术的误差；通过薄膜压力传感器能够感知到手术工具与病人眼组织的接触力，可以进行微触觉的感知，大大提高了手术的精度；末端执行器内设置有多个工具腔，工具腔内对应设置有多种手术工具，能够根据手术需要快速的完成换刀过程，并且在工具腔内设置有消毒机构，能够对手术工具进行消毒，手术安全性较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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实施例的附图。

图1为系统的立体结构示意图；

图2为系统的另一视角结构示意图；

图3为控制单元结构示意图；

图4为转动副结构示意图；

图5为柔性操作单元截面示意图；

图6为第一联动机构结构示意图；

图7为第三联动机构结构示意图；

图8为工具腔内部结构示意图；

附图标记说明如下：1、末端执行器；2、柔性操作单元；3、控制单元；4、固定架；101、第一联动机构；102、第二联动机构；103、第三联动机构；105、第二控制单元；106、第一控制机构；107、第二控制机构；108、工具腔；109、手术工具；201、第一轴承；202、第一连接件；203、第一球形齿轮；204、第一壳体；205、第二壳体；208、十字万向轴；209、第二球形齿轮；301、第三球形齿轮；302、第二连接件；303、连杆；304、转动副；305、第一推杆；306、滑块；307、第一螺纹丝杆；308、第一驱动电机；309、连接器；401、第二驱动电机；402、旋转轴；403、伸缩机构；404、第三驱动电机；405、第三联轴器；406、第三螺纹丝杆；407、第三推杆；408、卡槽；501、消毒机构；502、第二传感器；503、第三传感器。

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。

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

实施例一：

本发明第一方面提供一种用于眼科手术机器人的柔性操作系统，包括末端执行器1、柔性操作单元2、控制单元3以及固定架4；

如图1、2所示，所述控制单元3与所述柔性操作单元2的起始端配合连接，所述末端执行器1与所述柔性操作单元2的末端配合连接，所述固定架4用于固定所述控制单元3。

所述柔性操作单元2包括起始端的第一联动机构101、末端的第二联动机构102以及中间端的若干个第三联动机构103，若干个所述第三联动机构103与所述第一联动机构101以及所述第二联动机构102啮合传动。

所述控制单元3与所述第一联动机构101配合连接，所述控制单元3包括第一控制单元3与第二控制单元105，所述第一控制单元3包括第一控制机构106与第二控制机构107。

所述末端执行器1与所述第二联动机构102配合连接，所述末端执行器1上设置有若干个工具腔108，若干个所述工具腔108内对应固定连接有若干种手术工具109。

需要说明的是，柔性操作单元2根据眼科手术过程中医生的手腕、手臂以及各关节动作规律仿生设计而成，具有多个自由度，柔性操作单元2主要分成三部分：第一联动机构101、第二联动机构102、第三联动机构103，第三联动机构103可以设置为一个或多个，各联动机构间通过球形齿轮进行啮合传动，增加了机械臂的柔性，灵活度较高，并且采用第一控制单元3与第二控制单元105对柔性操作单元2进行控制，无需每个关节都有控制系统，减少了控制系统的复杂性，从而减少了手术的误差。

如图1、5、6所示，所述第一联动机构101与所述第二联动机构102的结构相同，包括第一轴承201、第一连接件202以及第一球形齿轮203，所述第一球形齿轮203通过所述第一轴承201固定连接于所述第一连接件202上。

如图1、5、7所示，所述第三联动机构103包括第一壳体204、第二壳体205、第二轴承、第三轴承，所述第一壳体204与所述第二壳体205通过十字万向轴208相连接，所述第一壳体204通过第二轴承固定连接有第二球形齿轮209，所述第二壳体205通过第三轴承固定连接有第三球形齿轮301。每两个所述第三联动机构103间通过第二连接件302相连接，所述第二连接件302交替连接于每两个所述第一壳体204与所述第二壳体205上。

需要说明的是，柔性操作单元2传动关系为：第一联动机构101上的第一球形齿轮203与第三联动机构103上的第二球形齿轮209相互啮合传动，第二联动机构102上的第一球形齿轮203与第三联动机构103上的第三球形齿轮301啮合传动。第一联动机构101的第一连接件202通过铰接轴铰接在第三联动机构103的第二壳体205上，第二联动机构102上的第一连接件202通过铰接轴铰接在第三联动机构103的第一壳体204上。此外，第三联动机构103可以是多个，例如当第三联动机构103为三个时（分别记为一号、二号、三号），一号中的第二球形齿轮209与第一联动机构101的第一球形齿轮203相互啮合传动，一号中的第三球形齿轮301与二号中的第二球形齿轮209啮合传动，而二号中的第三球形齿轮301与三号中的第二球形齿轮209啮合传动，三号中的第三球形齿轮301与第二联动机构102的第一球形齿轮203啮合传动，以此类推，形成多级的传动关系。此外，每两个第三联动机构103间通过第二连接件302相连接，第二连接件302交替连接于每两个第一壳体204与所述第二壳体205上。这样一来，通过球形齿轮进行传动，不仅能够增加机器人的柔性，减少关节的复杂程度，还能够通过控制单元3精准的驱动与精准的控制机器人，使得机器人具有多个自由度，驱动控制策略简单、体积小、安全性能高。

如图3、4所示，所述第一控制单元3包括第一控制机构106与第二控制机构107，所述第一控制机构106与所述第二控制机构107的结构相同，包括连杆303、转动副304、第一推杆305、滑块306、第一螺纹丝杆307以及第一驱动电机308，所述连杆303一端与所述第一联动机构101固定连接，所述连杆303的另一端与所述转动副304固定连接，所述转动副304还固定连接有第一推杆305，所述第一推杆305贯穿所述固定架4通过滑块306与所述第一螺纹丝杆307配合连接，所述螺纹丝杆与所述第一驱动电机308配合连接。

需要说明的是，第一控制机构106与第二控制机构107对称固定安装在固定架4上，第一驱动电机308与第一螺纹丝杆307件通过连接器309配合连接，连杆303固定连接在第一联动机构101上的第一连接件202上。通过驱动第一驱动电机308，第一驱动电机308便会带动第一螺纹丝杆307旋转，当第一螺纹丝杆307旋转时，滑块306便会在螺纹丝杆上滑动，从而把第一驱动电机308的旋转运动转化为直线运动，使得滑块306能够带动推杆做直线往复运动，然后再通过转动副304的转化下，并且通过柔性操作单元2各联动机构的传动关系，使得末端执行器1能够完成复杂的球面运动。

需要说明的是，滑块306上设置有光电传感器，滑块306运动位移和柔性操作单元2各联动机构的转动角度成一定的函数关系，在得到此函数后，通过检测滑块306位移的变化即可判断柔性操作单元2各联动机构的位置，因此，滑块306的位移信息通过光电传感器转化为电信号后反馈给第一控制单元3，然后通过第一控制单元3实时的对柔性操作单元2进行精准的控制，提高了手术的精度与安全性。

如图3所示，所述第二控制单元105包括第二驱动电机401，所述第二驱动电机401的输出端与第二联轴器配合连接，所述第二联轴器另一端与旋转轴402固定连接，所述旋转轴402另一端与所述起始端的第一球形齿轮203固定连接。

需要说明的是，在手术过程中，当需要切除或者夹持眼球内某些微小的组织时，需要小幅度、高精度的控制手术工具109，否则会出现切割伤口过大，甚至误伤病人的情况。在本发明中，通过控制第二驱动电机401的转速与转数，使得第二联轴器能够精准并且小幅度的带动柔性操作单元2偏移，从而带动手术工具109完成细小范围的偏移，大大提高了手术的精度，并且驱动控制策略简单、可操作性强。

如图8所示，若干个所述工具腔108内对应设置有伸缩机构403，所述伸缩机构403包括第三驱动电机404，所述第三驱动电机404的输出端配合连接有第三联轴器405，所述第三联轴器405配合连接有第三螺纹丝杆406，所述第三螺纹丝杆406与第三推杆407配合连接，所述第三推杆407的另一端设置有卡槽408，所述手术工具109通过所述卡槽408与所述推杆配合连接。

需要说明的是，在传统的眼科手术过程中，机器人的末端执行器1只连接一种手术工具109，当需要更换手术工具109时，需要把机器人的末端执行器1移动至外部的手术工具109箱上，然后再换上新的手术工具109，并且更换完手术工具109后需要重新定位，这一过程无疑会导致手术时间的大大增加，并且会影响后续的手术精度。本发明在机器人的末端执行器1内设置有多个工具腔108，工具腔108内对应设置有伸缩机构403，在第三驱动电机404的带动下，手术工具109能够通过推杆在工具腔108内快速的被推出或者收回。当需要更换手术工具109时，控制器控制伸缩机构403把当前的手术工具109收回至对应的工具腔108内，并且把新的手术工具109从对应的工具腔108内推出，这样一来，便能够快速的完成更换手术工具109的过程，大大缩短了手术时间，提高了手术安全度与精度。

所述卡槽408的内壁与底部设置有第一传感器，所述第一传感器用于检测手术工具109在手术时的状态信息。

需要说明的是，第一传感器可以是薄膜压力传感器，薄膜压力传感器具有高灵敏度、柔软耐弯曲、高分辨率、便于集成等特点。把薄膜压力传感器紧密贴装在卡槽408内壁与底部上，薄膜压力传感器与控制器电性连接，这样一来，在进行手术过程，薄膜压力传感器在某一点或者某一个区域内的压力值就会变大，对应一侧的压力值就会变小，说明手术工具109已经与病人眼部接触，然后控制器就会根据薄膜压力传感器测量出来的压力值精确的计算出手术工具109与病人眼组织的接触力，这样一来，通过薄膜压力传感器便能够感知到手术工具109与病人眼组织的接触力，可以进行微触觉的感知，大大提高了手术的精度，并且当薄膜压力传感器内某一点或者某一区域内的压力值到达某一设定阈值时，说明手术工具109的切割力已经过大，会对病人造成危险，此时，机器人便会停止继续手术，机器人便会退回至某一安全位置上，然后重新对患者进行定位，再继续进行手术，从而有效的保证了手术的安全。

如图2、8所示，所述工具腔108内还设置有消毒机构501与第二传感器502，所述消毒机构501用于对手术工具109进行消毒，所述末端执行器1、所述柔性操作单元2以及所述控制单元3上均设置有若干个第三传感器503，所述末端执行器1上还设置有摄像机构。

需要说明的是，首先，工具腔108内设置有消毒机构501，消毒机构501可以是紫外灯管，当进行手术前后，消毒机构501能够对手术工具109进行消毒处理，使得工具在手术过程中安全无菌，手术安全性较好。其次，第二传感可以是红外传感器，红外传感能够检测到工具腔108内手术工具109的位置信息，并且能够把信息反馈至控制器上，避免出现误控制的情况。

需要说明的是，所述第三传感器503包括光电传感器与角速度传感器，末端执行器1、柔性操作单元2上各联动机构、第二控制单元105的旋转轴402、第一控制单元3的第一控制机构106与第二控制机构107上均设置有光电传感器与角速度传感器，各传感器间信号互连，通过各传感器检测并反馈的信息，控制器能够根据反馈的信息，调用源程序中预设机器的位置信息，对二者进行比较分析，通过数据上分析机械手位置数据，从而获取器精准定位，以确定机器人是否发生位置偏移、运行速度过大等异常情况。

实施例二：

本发明第二方面提供了一种用于眼科手术机器人的柔性操作系统的控制方法，应用于任一所述的一种用于眼科手术机器人的柔性操作系统，包括以下步骤：

S102：建立机器人操作面初始位置信息；

S104：获取病人位姿信息，根据病人位姿信息生成初始位姿信息；

S106：采集病人眼部图像信息，获取病例信号，得到病例信息，建立预设模型；

S108：对所述预设模型进行分析，以获取手术区域，通过大数据计算出手术处理方式，得到手术信息；

S110：将所述手术信息传送至控制器，控制器控制机器人进行适配性操作。

需要说明的是，本发明基于区块链技术，手术过程中采集的数据都是去中心化，能够在现场采集图像后就可以通过机器人自动定位手术区域，提高手术准确性及效率。

需要说明的是，采集病人眼部图像信息，获取病例信号，得到病例信息，建立预设模型，还包括：

将采集到的图像信息进行逐行扫描，设置中值滤波模板；

计算滤波窗口下图像领域像素中心元素灰度值及所述中值滤波模板下图像块的平均灰度值；

比较判断滤波后的平均灰度值与图像领域像素中心元素灰度值的差值的绝对值；

判断所述差值的绝对值是否大于预设阈值；

若大于，则采用中值滤波处理该像素点，以所述中心元素灰度值代替噪声点的灰度值，

否则，保持原像素点的值不变。

需要说明的是，使用中值滤波窗口处理每一个像素时，不对每一个像素都进行排序滤波，能够加快滤波速度。判断像素所在领域在滤波窗口下的中心元素灰度值与中值滤波模板下图像块的平均灰度值的差值的绝对值，若所得差值的绝对值大于预设阈值，则采用正常的中值滤波处理该像素，若所得差值的绝对值小于预设阈值，则保持原像素点的灰度值不变，同时滤波效果通过最小均方根误差值来评价，最小均方根误差值越小，说明滤波效果越好。

具体的，控制器控制机器人进行适配性操作，还包括：

S202：控制机器人由初始位置移动至手术起点位置，以调整机器人的高度以及前后位置；

S204：控制器根据接收到的第一旋转指令控制第三驱动电机旋转，以把手术工具由工具腔中推出；

S206：控制器根据接收到的第二旋转指令控制第一驱动电机旋转，通过第一驱动电机旋转带动柔性操作单元传动，从而带动末端执行器按照预设路径移动；

S208：控制器根据接收到的第三旋转指令控制第二驱动电机旋转，以带动手术工具偏转；

S210：记录所述第一驱动电机、所述第二驱动电机、所述第三驱动电机转动的转数；

S212：当需要进行更换手术工具时，根据所述转数控制所述第三驱动电机反转，以带动对应的手术工具回到对应的工具腔内，同时，控制所需要的手术工具腔内的第三驱动电机旋转，以把需要的手术工具由对应的工具腔内推出；

S214：控制器控制所述第一驱动电机、所述第二驱动电机、所述第三驱动电机反转，机器人回归至手术起点位置，完成手术过程。

实施例三：

本发明第三方面提供了一种用于眼科手术机器人的柔性操作系统的纠偏方法，包括以下步骤：

S302：通过摄像机构实时采集病人手术时位姿信息，将病人手术时位姿信息与病人初始位姿信息作对比，得出偏差率；

S304：判断所述偏差率是否大于预设阈值；

S306：若大于，则生成补偿信息；

S308：将所述补偿信息传送至控制器上。

需要说明的是，通过摄像机构实时采集病人手术时位姿信息，还包括：

采集病人图像信息，将病人图像信息进行分割，提取特征值；

将提取的特征值进行归类，同一类特征值生成一个新的区块；

比对病人图像信息与初始图像信息，获取偏差信息；

根据偏差信息，获取反馈信号，根据反馈信号调整机器人参数。

需要说明的是，通过摄像机构实时监测病人的位姿信息，通过各传感器实时检测末端执行器1与柔性操作单元2位置信息，对比末端执行器1与第一预设位置信息，获取第一偏差信息，计算第一偏差率即末端执行器1与第一预设位置数据的比值，当第一偏差率大于第一预设阈值时，通过控制单元3对末端执行器1进行位置进行调整；对比柔性操作单元2与第二预设位置信息，获取第二偏差率，计算第二偏差率即柔性操作单元2与第二预设位置数据的比值，当第二偏差率大于第二预设阈值时，通过控制单元3对柔性操作单元2进行位置调整，这样一来，机器人就能够自动的完成误差补偿过程，提高了机器人的手术精度。

以上依据本发明的理想实施例为启示，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于眼科手术机器人的柔性操作系统，包括末端执行器、柔性操作单元、控制单元以及固定架，其特征在于：

所述控制单元与所述柔性操作单元的起始端配合连接，所述末端执行器与所述柔性操作单元的末端配合连接，所述固定架用于固定所述控制单元；

所述柔性操作单元包括起始端的第一联动机构、末端的第二联动机构以及中间端的若干个第三联动机构，若干个所述第三联动机构与所述第一联动机构以及所述第二联动机构啮合传动；

所述控制单元与所述第一联动机构配合连接，所述控制单元包括第一控制单元与第二控制单元，所述第一控制单元包括第一控制机构与第二控制机构；

所述末端执行器与所述第二联动机构配合连接，所述末端执行器上设置有若干个工具腔，若干个所述工具腔内对应固定连接有若干种手术工具；

所述第一联动机构与所述第二联动机构的结构相同，包括第一轴承、第一连接件以及第一球形齿轮，所述第一球形齿轮通过所述第一轴承固定连接于所述第一连接件上；

所述第三联动机构包括第一壳体、第二壳体、第二轴承、第三轴承，所述第一壳体与所述第二壳体通过十字万向轴相连接，所述第一壳体通过第二轴承固定连接有第二球形齿轮，所述第二壳体通过第三轴承固定连接有第三球形齿轮。

2.根据权利要求1所述的一种用于眼科手术机器人的柔性操作系统，其特征在于：所述第一控制单元包括第一控制机构与第二控制机构，所述第一控制机构与所述第二控制机构的结构相同，包括连杆、转动副、第一推杆、滑块、第一螺纹丝杆以及第一驱动电机，所述连杆一端与所述第一联动机构固定连接，所述连杆的另一端与所述转动副固定连接，所述转动副还固定连接有第一推杆，所述第一推杆贯穿所述固定架通过滑块与所述第一螺纹丝杆配合连接，所述螺纹丝杆与所述第一驱动电机配合连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于眼科手术机器人的柔性操作系统，其特征在于：所述第二控制单元包括第二驱动电机，所述第二驱动电机的输出端与第二联轴器配合连接，所述第二联轴器另一端与旋转轴固定连接，所述旋转轴另一端与所述起始端的第一球形齿轮固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于眼科手术机器人的柔性操作系统，其特征在于：每两个所述第三联动机构间通过第二连接件相连接，所述第二连接件交替连接于每两个所述第一壳体与所述第二壳体上。

5.根据权利要求1所述的一种用于眼科手术机器人的柔性操作系统，其特征在于：若干个所述工具腔内对应设置有伸缩机构，所述伸缩机构包括第三驱动电机，所述第三驱动电机的输出端配合连接有第三联轴器，所述第三联轴器配合连接有第三螺纹丝杆，所述第三螺纹丝杆与第三推杆配合连接，所述第三推杆的另一端设置有卡槽，所述手术工具通过所述卡槽与所述推杆配合连接。

6.根据权利要求5所述的一种用于眼科手术机器人的柔性操作系统，其特征在于：所述卡槽的内壁与底部设置有第一传感器，所述第一传感器用于检测手术工具在手术时的状态信息。

7.根据权利要求1所述的一种用于眼科手术机器人的柔性操作系统，其特征在于：所述工具腔内还设置有消毒机构与第二传感器，所述消毒机构用于对手术工具进行消毒，所述末端执行器、所述柔性操作单元以及所述控制单元上均设置有若干个第三传感器，所述末端执行器上还设置有摄像机构。

8.一种用于眼科手术机器人的柔性操作系统的控制方法，应用于权利要求1-7任一所述的一种用于眼科手术机器人的柔性操作系统，其特征在于，包括以下步骤：

建立机器人操作面初始位置信息；

获取病人位姿信息，根据病人位姿信息生成初始位姿信息；

采集病人眼部图像信息，获取病例信号，得到病例信息，建立预设模型；

对所述预设模型进行分析，以获取手术区域，通过大数据计算出手术处理方式，得到手术信息；

将所述手术信息传送至控制器，控制器控制机器人进行适配性操作。

9.根据权利要求8所述的一种用于眼科手术机器人的柔性操作系统的控制方法，其特征在于，控制器控制机器人进行适配性操作，还包括：

控制机器人由初始位置移动至手术起点位置，以调整机器人的高度以及前后位置；

控制器根据接收到的第一旋转指令控制第三驱动电机旋转，以把手术工具由工具腔中推出；

控制器根据接收到的第二旋转指令控制第一驱动电机旋转，通过第一驱动电机旋转带动柔性操作单元传动，从而带动末端执行器按照预设路径移动；

控制器根据接收到的第三旋转指令控制第二驱动电机旋转，以带动手术工具偏转；

记录所述第一驱动电机、所述第二驱动电机、所述第三驱动电机转动的转数；

当需要进行更换手术工具时，根据所述转数控制所述第三驱动电机反转，以带动对应的手术工具回到对应的工具腔内，同时，控制所需要的手术工具腔内的第三驱动电机旋转，以把需要的手术工具由对应的工具腔内推出；

控制器控制所述第一驱动电机、所述第二驱动电机、所述第三驱动电机反转，机器人回归至手术起点位置，完成手术过程。

10.一种用于眼科手术机器人的柔性操作系统的纠偏方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过摄像机构实时采集病人手术时位姿信息，将病人手术时位姿信息与病人初始位姿信息作对比，得出偏差率；

判断所述偏差率是否大于预设阈值；

若大于，则生成补偿信息；

将所述补偿信息传送至控制器上。

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