CN114894513B - 骨科手术机器人髋臼磨锉工具的精度测试系统及方法 - Google Patents

骨科手术机器人髋臼磨锉工具的精度测试系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种骨科手术机器人髋臼磨锉工具的精度测试系统及方法,包括:推力进给平台结构,具有运行方向;推力测量平台结构,位于推力进给平台结构的运行方向所处的路径;末端把持器,固接于所述推力进给平台结构;磨锉组件;压力传感器,固接于所述推力测量平台结构;控制模块,控制输入端与接近开关之间通过电路相连,所述控制模块的控制输出端分别与所述推力进给平台结构和所述磨锉组件之间通过电路相连。解决了在对骨科导航机器人系统的末端把持器及磨锉杆进行可靠性测试时,通过人工手动操作对磨锉杆施加的轴向力无法精确控制,同时也无法精确模拟全寿命下的末端把持器及磨锉杆进行磨锉时的受磨损情况,效率低下的技术问题。

Description

骨科手术机器人髋臼磨锉工具的精度测试系统及方法
技术领域
本发明涉及骨科导航机器人手术器械技术领域,具体而言,涉及一种骨科手术机器人髋臼磨锉工具的精度测试系统及方法。
背景技术
目前,随着医疗机器人技术的发展,骨科手术导航机器人在临床医学手术领域被广泛应用。机器人辅助人工全髋关节置换术手术中通过末端把持器及磨锉杆对髋臼窝进行精确地磨锉,由于末端把持器及磨锉杆在磨锉过程中自身承受轴向、径向多方位的推力、摩擦力及动力产生的不间断扭矩,对末端把持器及磨锉杆可靠性提出了较高的要求,因此,对骨科导航机器人系统的末端把持器及磨锉杆在极端状态下的工作状况进行模拟测试成为必要的步骤。
现有技术中,对末端把持器及磨锉杆可靠性的测试方法是通过人工手持动力手机对磨锉杆施加轴向压力同时进行磨锉,时间间隔及动力手机的温度及冷却时间不宜掌握且控制不准确、进行多次测量时间冗长、效率低下,对磨锉杆施加的轴向力无法精确控制,无法精确模拟全寿命下的末端把持器及磨锉杆进行磨锉时的受磨损情况,同时全寿命的测试容易导致测试人员容易疲劳。
发明内容
为此,本发明提供了一种骨科手术机器人髋臼磨锉工具的精度测试系统及方法,以解决现有技术中在对骨科导航机器人系统的末端把持器及磨锉杆进行可靠性测试时,通过人工手动操作对于测试时间间隔及动力手机的温度与冷却时间不宜掌握且控制不准确、进行多次测量所耗费时间冗长、效率低下,而且对磨锉杆施加的轴向力无法精确控制,同时也无法精确模拟全寿命下的末端把持器及磨锉杆进行磨锉时的受磨损情况的技术问题。
为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
根据本发明的第一方面,提供了一种骨科手术机器人髋臼磨锉工具的精度测试系统,包括:
推力进给平台结构,具有一个运行方向;所述推力进给平台结构包括伺服电机、滑轨底座、丝杠、滑座平台;所述伺服电机的动能输出端与所述丝杠之间传动相连;所述滑轨底座位于所述丝杠的下方;所述滑座平台滑动设于所述滑轨底座,且所述滑座平台与所述丝杠之间相螺合装配;
推力测量平台结构,位于所述推力进给平台结构的运行方向所处的路径上,所述推力测量平台结构包括用于固定假骨的测量定位板;
末端把持器,固接于所述滑座平台;
磨锉组件,包括动力手机、磨锉杆和磨锉篮;所述动力手机与所述滑座平台之间相固接,所述磨锉杆的杆体一端与所述动力手机的动力输出端之间传动相连,且所述磨锉杆的杆体另一端与所述磨锉篮之间传动相连,所述磨锉篮与所述假骨之间相对应;所述磨锉杆与所述末端把持器之间转动相连;
压力传感器,固接于所述测量定位板与所述假骨之间;
接近开关,固接于所述滑轨底座,且所述接近开关位于所述滑轨底座远离所述伺服电机的一侧端;
控制模块,控制输入端分别与所述压力传感器和所述接近开关之间通过电路相连,所述控制模块的控制输出端分别与所述伺服电机和所述动力手机之间通过电路相连。
作为本发明的进一步方案,还包括温度传感器。
所述温度传感器固接于所述动力手机的外表面,且所述温度传感器与所述控制模块的控制输入端之间通过电路相连,通过所述温度传感器实时监测所述动力手机的表面温度并即时反馈至所述控制模块。
作为本发明的进一步方案,所述控制模块具有数值预设输入端,通过所述数值预设输入端向所述控制模块内预设输入推力值、单次磨锉时间值、冷却时间值、循环次数值、工作温度范围以及温度提示值。
根据本发明的第二方面,提供了一种精度测试方法,应用了所述的骨科手术机器人髋臼磨锉工具的精度测试系统,所述方法包括:
PLC控制模块接收温度传感器发送的实时温度信号,通过温度传感器判断动力手机表面温度是否超过预设温度提示值,若是,则系统基于预设冷却时间值停止工作,直至动力手机表面温度处于预设的工作温度范围内;
PLC控制模块向动力手机发送控制信号,以使动力手机带动磨锉杆及磨锉篮工作;
压力传感器将压力信号转变为电信号传输给PLC控制模块;
PLC控制模块根据压力信号PID自动调节伺服电机转速;
伺服电机转动,带动丝杠转动,动力手机、末端把持器、磨锉杆、磨锉篮同时向推力测量平台结构移动,同时维持压力恒定至预设的推力值内,动力手机根据预设单次磨锉时间值转动后继续根据冷却时间值进行冷却为一次循环,以预设的循环次数值反复循环;
PLC控制模块通过接近开关判断假骨消耗速度,判断是否触动接近开关,若是,则说明假骨消耗完毕更换假骨,若否,则正常工作。
作为本发明的进一步方案,所述PLC控制模块接收温度传感器发送的实时温度信号,通过温度传感器判断动力手机表面温度是否超过预设温度提示值,若是,则系统基于预设冷却时间值停止工作,直至动力手机表面温度处于预设的工作温度范围内,其具体过程包括:
PLC控制模块通过温度传感器判断动力手机表面温度是否超过预设温度提示值60℃,若是,则系统控制报警机构发出警报并停止测试工作进行动力手机表面温度冷却,冷却时长为一个预设冷却时间值15min,直至动力手机表面温度处于预设的工作温度范围内,即低于28℃。
作为本发明的进一步方案,所述PLC控制模块向动力手机发送控制信号,以使动力手机带动磨锉杆及磨锉篮工作,其具体过程包括:
PLC控制模块控制动力手机启动,动力手机的动能输出端带动磨锉杆及磨锉篮旋转工作,磨锉篮接触假骨开始磨锉。
作为本发明的进一步方案,所述压力传感器将压力信号转变为电信号传输给PLC控制模块,PLC控制模块根据压力信号PID自动调节伺服电机转速,其具体过程包括:
位于假骨磨锉面后端的压力传感器将磨锉时接收到的压力信号转变为4~20mA电信号实时传输给PLC控制模块。
PLC控制模块根据获取到的压力信号PID,基于预设的推力值参数100N实时控制调整推力进给平台结构中伺服电机的输出转速。
作为本发明的进一步方案,所述伺服电机转动,带动丝杠转动,动力手机、末端把持器、磨锉杆、磨锉篮同时向推力测量平台结构移动,同时维持压力恒定至预设的推力值内,动力手机根据预设单次磨锉时间值转动后继续根据冷却时间值进行冷却为一次循环,以预设的循环次数值反复循环,其具体过程包括:
伺服电机转动工作同步带动丝杠转动,根据滚珠丝杠原理通过丝杠使滑座平台以恒定的速度向假骨的方向移动,同时设于滑座平台的动力手机和末端把持器带动磨锉杆和磨锉篮以恒定的速度向假骨的方向移动,向磨锉篮施加磨锉假骨时所需的推力。
磨锉篮在持续进行推进磨锉时,压力传感器继续将磨锉时接收到的不规则压力信号实时转变为4~20mA电信号传输给PLC控制模块;PLC控制模块根据反馈的不规则压力信号实时控制伺服电机调整转速,使磨锉篮对假骨的推力大小始终稳定维持于预设的推力值100N。
同时,PLC控制模块根据预设的单次磨锉时间值2min调控动力手机的工作时长,待工作时长达到单次磨锉时间值2min时,动力手机停止工作进入冷却状态,冷却时长为预设冷却时间值15min,待冷却结束后重新调控动力手机启动工作,根据预设循环次数值5000次反复循环磨锉、冷却步骤。
若此时PLC控制模块通过温度传感器获知动力手机的表面温度超过预设温度提示值60℃时,PLC控制模块控制使动力手机停止工作进行冷却,直至动力手机表面温度处于低于28℃的预设工作温度范围内。
当动力手机表面温度降至28℃时且循环次数不足预设循环次数值5000次时,PLC控制模块继续控制动力手机继续按照设定的单次磨锉时间值2min和冷却时间值15min循环工作至预设的循环次数值5000次。
作为本发明的进一步方案,所述PLC控制模块通过接近开关判断假骨消耗速度,判断是否触动接近开关,若是,则说明假骨消耗完毕更换假骨,若否则正常工作,其具体过程包括:
通过接近开关实时监测滑座平台是否到达其位移极限值,当滑座平台移动至接触位于滑轨底座的接近开关时,接近开关将信号传递至PLC控制模块,PLC控制模块判断滑座平台的位移量达到极限位置,假骨已消耗完毕,此时PLC控制模块控制动力手机停止工作,并控制伺服电机反转,通过丝杠传动带动滑座平台及末端把持器、磨锉杆、磨锉篮和动力手机向远离假骨的方向移动,更换新的假骨。
当更换新的假骨后,若此时总的循环次数不足5000次时,PLC控制模块继续控制伺服电机通过丝杠传动,滑座平台再次向新假骨的方向移动,同步带动末端把持器、动力手机、磨锉杆、磨锉篮推进,并启动动力手机对新假骨继续磨锉,按照设定的单次磨锉时间值2min和冷却时间值15min循环工作至5000次后停止工作。
当循环次数达到预设循环次数值5000次后,整个测试系统停止循环测试,测试循环完成后,PLC控制模块控制使动力手机停止工作,并再次控制伺服电机以恒定速度反向转动,伺服电机通过丝杠传动带动滑座平台及末端把持器、磨锉杆、磨锉篮和动力手机向远离假骨的方向移动;停止测试后系统发出提示。
在接收到提示后,将磨锉杆的快接头与动力手机的快接口分离,同时将磨锉篮从磨锉杆卸下,并将磨锉杆从末端把持器取下,用直径千分尺对磨锉杆在第一次测量的相应位置再次测量,将第二次测量值与循环测试前的第一次测量值进行比对,对磨锉杆的磨损程度进行评估。
将末端把持器从滑座平台拆卸,对末端把持器内部与磨锉杆相接触部分进行测量与观察,对末端把持器的磨损程度进行评估。
根据本发明的第三方面,提供了一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现所述精度测试方法的步骤。
本发明具有如下有益效果:
1、该装置及方法通过在控制模块预设参数,利用推力进给平台结构基于控制模块的预设参数精确模拟磨锉组件磨锉时的轴向推力,使得磨锉组件能够将经末端把持器传动的推力持续作用于推力测量平台结构,同时,磨锉组件可基于控制模块的预设参数精确启动旋转对推力测量平台结构持续进行磨锉;而且还可通过压力传感器实时监测推力测量平台结构受到的推力值并即时反馈至控制模块,由控制模块基于自身预设参数实时控制调整推力进给平台结构,使得在磨锉组件持续进行磨锉时,推力进给平台结构能够输出大小始终维持于预设定值范围内的稳定推力;还能够通过接近开关实时获得推力进给平台结构在输出稳定推力时的位移极限值,在推力进给平台结构的位移量达到位移极限值时,接近开关实时反馈至控制模块结束该测试循环,而后开始新的测试循环,由此实现对于系统中磨锉组件及末端把持器的可靠性自动循环测试,测试全过程系统通过控制模块全自动控制,有效减轻了操作者负担以及控制不准确的弊端,缩短了全寿命周期测试时间,显著提升了测试效率及准确度。
2、通过温度传感器实时监测磨锉组件的运行温度并反馈至控制模块,控制模块输出控制信号中断测试进程以有效避免磨锉组件高温受损。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,本说明书所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明实施例提供的骨科手术机器人髋臼磨锉工具的精度测试系统的整体轴测结构示意图。
图2为本发明实施例提供的骨科手术机器人髋臼磨锉工具的精度测试系统中通过直径千分尺对磨锉杆进行直径测量时的工作状态示意图。
图3为本发明实施例提供的精度测试方法的流程示意图。
图4为本发明实施例提供的电子设备实体结构示意图。
附图中,各标号所代表的部件列表如下:
安装底板1;
推力测量平台结构2:测量定位板21、假骨22;
推力进给平台结构3:伺服电机31、滑轨底座32、丝杠33、第一滑座平台34、动力固定座341、紧固旋钮342、第二滑座平台35;
磨锉组件4:动力手机41、磨锉杆42、磨锉篮43;
末端把持器5;压力传感器6;温度传感器7;接近开关8;直径千分尺9。
电子设备10:处理器101、存储器102。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式,熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效,显然,所描述的实施例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。
本说明书所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1至图2所示,本发明实施例提供了一种骨科手术机器人髋臼磨锉工具的精度测试系统,包括安装底板1、推力测量平台结构2、推力进给平台结构3、磨锉组件4、末端把持器5、压力传感器6、温度传感器7、接近开关8以及控制模块,用以通过在控制模块预设参数,利用推力进给平台结构3基于控制模块的预设参数精确模拟磨锉组件4磨锉时的轴向推力,使得磨锉组件4能够将经末端把持器5传动的推力持续作用于推力测量平台结构2,同时,磨锉组件4可基于控制模块的预设参数精确启动旋转对推力测量平台结构2持续进行磨锉;而且还可通过压力传感器6实时监测推力测量平台结构2受到的推力值并即时反馈至控制模块,由控制模块基于自身预设参数实时控制调整推力进给平台结构3,使得在磨锉组件4持续进行磨锉时,推力进给平台结构3能够输出大小始终维持于预设定值范围内的稳定推力;此外,还可通过温度传感器7实时监测磨锉组件4的运行温度并反馈至控制模块,控制模块输出控制信号中断测试进程以有效避免磨锉组件4高温受损;还能够通过接近开关8实时获得推力进给平台结构3在输出稳定推力时的位移极限值,在推力进给平台结构3的位移量达到位移极限值时,接近开关8实时反馈至控制模块结束该测试循环,而后重新开始新的测试循环,由此实现对于系统中磨锉组件4及末端把持器5的可靠性自动循环测试,测试全过程系统通过控制模块全自动控制,仅需要少量的人为介入,有效减轻了操作者负担以及控制不准确的弊端,缩短了全寿命周期测试时间,显著提升了测试效率及准确度。具体设置如下:
请参考图1,所述推力测量平台结构2和所述推力进给平台结构3分别固接于所述安装底板1,所述推力进给平台结构3具有一个运行方向,所述推力测量平台结构2位于所述推力进给平台结构3的运行方向所处的路径上。
具体地,所述推力测量平台结构2包括测量定位板21和假骨22;其中,所述测量定位板21为L形板,L形所述测量定位板21的一侧板固接于所述安装底板1的顶部一侧端,L形所述测量定位板21的另一侧板垂直于所述安装底板1;所述假骨22固接于L形所述测量定位板21的另一侧板,且所述假骨22位于所述测量定位板21靠近所述推力进给平台结构3的一侧端面。
所述推力进给平台结构3包括伺服电机31、滑轨底座32、丝杠33、第一滑座平台34和第二滑座平台35;其中,所述伺服电机31固接于所述安装底板1的顶部另一侧端,且所述伺服电机31的动能输出端与所述丝杠33之间传动相连;所述滑轨底座32固接于所述安装底板1的顶部两侧端之间,且所述滑轨底座32位于所述丝杠33的正下方;所述第一滑座平台34和所述第二滑座平台35分别滑动设于所述滑轨底座32,且所述第一滑座平台34位于所述第二滑座平台35和所述伺服电机31之间,所述第一滑座平台34和所述第二滑座平台35分别与所述丝杠33之间相螺合装配,用以使得第一滑座平台34和第二滑座平台35能够有效实现借助伺服电机31和丝杠33输出传递的动能,并根据滚珠丝杠原理同步沿着滑轨底座32进行直线滑动,由此可进一步实现向磨锉组件4传递其磨锉时所需要的轴向推力。
请继续参考图1,所述第一滑座平台34的顶部通过紧固旋钮342可分离式固接有动力固定座341,所述第二滑座平台35的顶部通过法兰可分离式固接有所述末端把持器5,用以分别通过动力固定座341和末端把持器5定位磨锉组件4,使得磨锉组件4的磨锉输出端与假骨22之间相对应。
所述磨锉组件4包括动力手机41、磨锉杆42和磨锉篮43;其中,所述动力手机41与所述动力固定座341之间锁紧固接,所述磨锉杆42的杆体一端与所述动力手机41的动力输出端之间传动相连,且所述磨锉杆42的杆体另一端与所述磨锉篮43之间传动相连,所述磨锉篮43与所述假骨22之间相对应,所述末端把持器5的顶部旋转端与所述磨锉杆42之间锁紧固接,用以通过末端把持器5将第二滑座平台35产生的进给动能有效传递至磨锉杆42,并经磨锉杆42进一步传递至磨锉篮43形成对于假骨22的轴向推力,同时可通过动力手机41输出的旋转动能经磨锉杆42同步传递至磨锉篮43对假骨22磨锉。
需要说明的是,所述伺服电机31与所述动力手机41分别与所述控制模块的控制输出端之间通过电路相连,用以通过控制模块分别对伺服电机31和动力手机41的输出转速进行自动控制,以此完成既定的测试功能。
请继续参考图1,所述压力传感器6固接于L形所述测量定位板21的另一侧板与所述假骨22之间,且所述压力传感器6与所述控制模块的控制输入端之间通过电路相连,用以通过压力传感器6实时监测假骨22受到的推力值并即时反馈至控制模块,由控制模块基于自身预设的推力参数实时控制调整推力进给平台结构3中伺服电机31的输出转速,使得磨锉篮43在持续进行磨锉时,磨锉篮43能够对假骨22输出大小始终维持于预设定值范围内的稳定推力。
所述温度传感器7固接于所述动力手机41的外表面,且所述温度传感器7与所述控制模块的控制输入端之间通过电路相连,用以通过温度传感器7实时监测动力手机41的表面温度并即时反馈至控制模块,当监测温度达到控制模块自身预设的温度提示参数时,控制模块控制其外接报警机构发出警报并自动控制中断测试过程,以此有效避免磨锉组件4因高温受损。
所述接近开关8固接于所述推力进给平台结构3中的滑轨底座32,且所述接近开关8位于所述滑轨底座32远离所述伺服电机31的一侧端,所述控制模块的控制输入端与所述接近开关8之间通过电路相连,用以通过接近开关8实时监测第二滑座平台35是否到达其位移极限值,在第二滑座平台35的位移量达到极限位置时,接近开关8实时反馈至控制模块结束动力手机41转动,第二滑座平台35在伺服电机31反转输出的动能作用下反向移动,等待更换新的假骨22,系统在更换新的假骨22后重新开始新的自动测试循环。
所述控制模块具有一个数值预设输入端,所述数值预设输入端可采用但不限于PC端,用以通过数值预设输入端向控制模块内预设输入推力值、单次磨锉时间值、冷却时间值、循环次数值以及工作温度范围和温度提示值。
如图3所示,本发明实施例还提供了一种精度测试方法,应用于骨科手术机器人髋臼磨锉工具的精度测试系统,具体包括以下步骤:
S1:磨锉篮43、磨锉杆42、末端把持器5、动力手机41、假骨22安装到位,系统上电;
具体过程为:将磨锉篮43、磨锉杆42、末端把持器5、动力手机41、假骨22分别安装到位,用直径千分尺9测量磨锉杆42指定位置直径(参考图2);
系统上电,通过数值预设输入端向PLC控制模块(可编程逻辑控制器)分别输入推力值100N、单次磨锉时间值2min、单次磨锉后的冷却时间值15min、循环次数值5000次、动力手机41的工作温度范围<28℃及温度提示值60℃。
S2:PLC控制模块通过温度传感器7判断动力手机41表面温度是否超过预设温度提示值,若是,则系统基于预设冷却时间值停止工作,直至动力手机41表面温度处于预设的工作温度范围内;
具体过程为:PLC控制模块通过温度传感器7判断动力手机41表面温度是否超过预设温度提示值60℃,若是,则系统控制报警机构发出警报并停止测试工作进行动力手机41表面温度冷却,冷却时长为一个预设冷却时间值15min,直至动力手机41表面温度处于预设的工作温度范围内,即低于28℃;
S3:PLC控制模块控制动力手机41带动磨锉杆42及磨锉篮43工作;
具体过程为:PLC控制模块控制动力手机41启动,动力手机41的动能输出端带动磨锉杆42及磨锉篮43旋转工作,磨锉篮43接触假骨22开始磨锉;
S4:压力传感器6将压力信号转变为电信号传输给PLC控制模块;
具体过程为:位于假骨22磨锉面后端的压力传感器6将磨锉时接收到的压力信号转变为4~20mA电信号实时传输给PLC控制模块;
S5:PLC控制模块根据压力信号PID自动调节伺服电机31转速;
具体过程为:PLC控制模块根据获取到的压力信号PID,基于预设的推力值参数100N实时控制调整推力进给平台结构3中伺服电机31的输出转速;
S6:伺服电机31转动,带动丝杠33转动,动力手机41、末端把持器5、磨锉杆42、磨锉篮43同时向推力测量平台结构2移动,同时维持压力恒定至预设的推力值内,动力手机41根据预设单次磨锉时间值转动后继续根据冷却时间值进行冷却为一次循环,以预设的循环次数值反复循环;
具体过程为:伺服电机31转动工作同步带动丝杠33转动,根据滚珠丝杠原理通过丝杠33使第一滑座平台34和第二滑座平台35以相同且恒定的速度向假骨22的方向移动,同时设于第一滑座平台34的动力手机41,设于第二滑座平台35的末端把持器5带动磨锉杆42和磨锉篮43以相同且恒定的速度向假骨22的方向移动,向磨锉篮43施加磨锉假骨22时所需的推力;
磨锉篮43在持续进行推进磨锉时,压力传感器6继续将磨锉时接收到的不规则压力信号实时转变为4~20mA电信号传输给PLC控制模块;PLC控制模块根据反馈的不规则压力信号实时控制伺服电机31调整转速,使磨锉篮43对假骨22的推力大小始终稳定维持于预设的推力值100N;
同时,PLC控制模块根据预设的单次磨锉时间值2min调控动力手机41的工作时长,待工作时长达到单次磨锉时间值2min时,动力手机41停止工作进入冷却状态,冷却时长为预设冷却时间值15min,待冷却结束后重新调控动力手机41启动工作,根据预设循环次数值5000次反复循环磨锉、冷却步骤;
若此时PLC控制模块通过温度传感器7获知动力手机41的表面温度超过预设温度提示值60℃时,PLC控制模块控制使动力手机41停止工作进行冷却,直至动力手机41表面温度处于低于28℃的预设工作温度范围内;
当动力手机41表面温度降至28℃时且循环次数不足预设循环次数值5000次时,PLC控制模块继续控制动力手机41继续按照设定的单次磨锉时间值2min和冷却时间值15min循环工作至预设的循环次数值5000次;
S7:PLC控制模块通过接近开关8判断假骨22消耗速度,判断是否触动接近开关8,若是,则说明假骨22消耗完毕更换假骨22,若否,则正常工作。
具体过程为:通过接近开关8实时监测第二滑座平台35是否到达其位移极限值,当第二滑座平台35移动至接触位于滑轨底座32的接近开关8时,接近开关8将信号传递至PLC控制模块,PLC控制模块判断第二滑座平台35的位移量达到极限位置,假骨22已消耗完毕,此时PLC控制模块控制动力手机41停止工作,并控制伺服电机31反转,通过丝杠33传动带动第一滑座平台34、第二滑座平台35及末端把持器5、磨锉杆42、磨锉篮43和动力手机41向远离假骨22的方向移动,更换新的假骨22;
当更换新的假骨22后,若此时总的循环次数不足5000次时,PLC控制模块继续控制伺服电机31通过丝杠33传动,第一滑座平台34和第二滑座平台35再次向新假骨22的方向移动,同步带动末端把持器5、动力手机41、磨锉杆42、磨锉篮43推进,并启动动力手机41对新假骨22继续磨锉,按照设定的单次磨锉时间值2min和冷却时间值15min循环工作至5000次后停止工作;
当循环次数达到预设循环次数值5000次后,整个测试系统停止循环测试,测试循环完成后,PLC控制模块控制使动力手机41停止工作,并再次控制伺服电机31以恒定速度反向转动,伺服电机31通过丝杠33传动带动第一滑座平台34、第二滑座平台35及末端把持器5、磨锉杆42、磨锉篮43和动力手机41向远离假骨22的方向移动;与此同时,停止测试后系统发出提示;
在接收到提示后,将磨锉杆42的快接头与动力手机41的快接口分离,同时将磨锉篮43从磨锉杆42卸下,并将磨锉杆42从末端把持器5取下,用直径千分尺9对磨锉杆42在第一次测量的相应位置再次测量,将第二次测量值与循环测试前的第一次测量值进行比对,对磨锉杆42的磨损程度进行评估,以此根据磨锉杆42在进行模拟磨锉作业前后的直径变化评估磨锉杆42在实际使用过程中的受磨损情况,如果磨锉杆同一位置的直径,在测试前后差值大于0.05mm即可认定磨锉杆需要更换。
将末端把持器5从第二滑座平台35拆卸,对末端把持器5内部与磨锉杆42相接触部分进行测量与观察,对末端把持器5的磨损程度进行评估。可选地,末端把持器的使用状态评估包括:对其外观焊接部分确认是否松动;拆卸末端把持器后对其轴承进行观察,确认是否有滚珠损坏,出现任何滚珠损坏,旋转卡滞的现象即可认定需要对改部件进行更换;对中轴内嵌的轴套进行观察,确认是否有磨损,并进行测量,磨损量大于0.1mm后即可认定需要更换;对末端把持器进行三坐标测量,测试前后位移量大于0.05mm即认定需要更换。。
如图4所示,本发明实施例还提供了一种电子设备10,包括存储器102、处理器101及存储在存储器102上并可在处理器101上运行的计算机程序,所述处理器101执行所述计算机程序时实现上述精度测试方法的步骤。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种骨科手术机器人髋臼磨锉工具的精度测试系统,其特征在于,所述精度测试系统包括:
推力进给平台结构,具有一个运行方向;所述推力进给平台结构包括伺服电机、滑轨底座、丝杠、滑座平台;所述伺服电机的动能输出端与所述丝杠之间传动相连;所述滑轨底座位于所述丝杠的下方;所述滑座平台滑动设于所述滑轨底座,且所述滑座平台与所述丝杠之间相螺合装配;
推力测量平台结构,位于所述推力进给平台结构的运行方向所处的路径上,所述推力测量平台结构包括用于固定假骨的测量定位板;
末端把持器,固接于所述滑座平台;
磨锉组件,包括动力手机、磨锉杆和磨锉篮;所述动力手机与所述滑座平台之间相固接,所述磨锉杆的杆体一端与所述动力手机的动力输出端之间传动相连,且所述磨锉杆的杆体另一端与所述磨锉篮之间传动相连,所述磨锉篮与所述假骨之间相对应;所述磨锉杆与所述末端把持器之间转动相连;
压力传感器,固接于所述测量定位板与所述假骨之间;
接近开关,固接于所述滑轨底座,且所述接近开关位于所述滑轨底座远离所述伺服电机的一侧端;
控制模块,控制输入端分别与所述压力传感器和所述接近开关之间通过电路相连,所述控制模块的控制输出端分别与所述伺服电机和所述动力手机之间通过电路相连。
2.根据权利要求1所述的骨科手术机器人髋臼磨锉工具的精度测试系统,其特征在于,还包括温度传感器;
所述温度传感器固接于所述动力手机的外表面,且所述温度传感器与所述控制模块的控制输入端之间通过电路相连,通过所述温度传感器实时监测所述动力手机的表面温度并即时反馈至所述控制模块。
3.根据权利要求1所述的骨科手术机器人髋臼磨锉工具的精度测试系统,其特征在于,
所述控制模块具有数值预设输入端,通过所述数值预设输入端向所述控制模块内预设输入推力值、单次磨锉时间值、冷却时间值、循环次数值、工作温度范围以及温度提示值。
4.一种精度测试方法,其特征在于,应用于如权利要求1-3任一项所述的骨科手术机器人髋臼磨锉工具的精度测试系统,所述方法包括:
PLC控制模块接收温度传感器发送的实时温度信号,通过温度传感器判断动力手机表面温度是否超过预设温度提示值,若是,则系统基于预设冷却时间值停止工作,直至动力手机表面温度处于预设的工作温度范围内;
PLC控制模块向动力手机发送控制信号,以使动力手机带动磨锉杆及磨锉篮工作;
压力传感器将压力信号转变为电信号传输给PLC控制模块;
PLC控制模块根据压力信号PID自动调节伺服电机转速;
伺服电机转动,带动丝杠转动,动力手机、末端把持器、磨锉杆、磨锉篮同时向推力测量平台结构移动,同时维持压力恒定至预设的推力值内,动力手机根据预设单次磨锉时间值转动后继续根据冷却时间值进行冷却为一次循环,以预设的循环次数值反复循环;
PLC控制模块通过接近开关判断假骨消耗速度,判断是否触动接近开关,若是,则说明假骨消耗完毕更换假骨,若否,则正常工作。
5.根据权利要求4所述的精度测试方法,其特征在于,
所述PLC控制模块接收温度传感器发送的实时温度信号,通过温度传感器判断动力手机表面温度是否超过预设温度提示值,若是,则系统基于预设冷却时间值停止工作,直至动力手机表面温度处于预设的工作温度范围内,其具体过程包括:
PLC控制模块通过温度传感器判断动力手机表面温度是否超过预设温度提示值60℃,若是,则系统控制报警机构发出警报并停止测试工作进行动力手机表面温度冷却,冷却时长为一个预设冷却时间值15min,直至动力手机表面温度处于预设的工作温度范围内,即低于28℃。
6.根据权利要求5所述的精度测试方法,其特征在于,
所述PLC控制模块向动力手机发送控制信号,以使动力手机带动磨锉杆及磨锉篮工作,其具体过程包括:
PLC控制模块控制动力手机启动,动力手机的动能输出端带动磨锉杆及磨锉篮旋转工作,磨锉篮接触假骨开始磨锉。
7.根据权利要求6所述的精度测试方法,其特征在于,
所述压力传感器将压力信号转变为电信号传输给PLC控制模块,PLC控制模块根据压力信号PID自动调节伺服电机转速,其具体过程包括:
位于假骨磨锉面后端的压力传感器将磨锉时接收到的压力信号转变为4~20mA电信号实时传输给PLC控制模块;
PLC控制模块根据获取到的压力信号PID,基于预设的推力值参数100N实时控制调整推力进给平台结构中伺服电机的输出转速。
8.根据权利要求7所述的精度测试方法,其特征在于,
所述伺服电机转动,带动丝杠转动,动力手机、末端把持器、磨锉杆、磨锉篮同时向推力测量平台结构移动,同时维持压力恒定至预设的推力值内,动力手机根据预设单次磨锉时间值转动后继续根据冷却时间值进行冷却为一次循环,以预设的循环次数值反复循环,其具体过程包括:
伺服电机转动工作同步带动丝杠转动,根据滚珠丝杠原理通过丝杠使滑座平台以恒定的速度向假骨的方向移动,同时设于滑座平台的动力手机和末端把持器带动磨锉杆和磨锉篮以恒定的速度向假骨的方向移动,向磨锉篮施加磨锉假骨时所需的推力;
磨锉篮在持续进行推进磨锉时,压力传感器继续将磨锉时接收到的不规则压力信号实时转变为4~20mA电信号传输给PLC控制模块;PLC控制模块根据反馈的不规则压力信号实时控制伺服电机调整转速,使磨锉篮对假骨的推力大小始终稳定维持于预设的推力值100N;
同时,PLC控制模块根据预设的单次磨锉时间值2min调控动力手机的工作时长,待工作时长达到单次磨锉时间值2min时,动力手机停止工作进入冷却状态,冷却时长为预设冷却时间值15min,待冷却结束后重新调控动力手机启动工作,根据预设循环次数值5000次反复循环磨锉、冷却步骤;
若此时PLC控制模块通过温度传感器获知动力手机的表面温度超过预设温度提示值60℃时,PLC控制模块控制使动力手机停止工作进行冷却,直至动力手机表面温度处于低于28℃的预设工作温度范围内;
当动力手机表面温度降至28℃时且循环次数不足预设循环次数值5000次时,PLC控制模块继续控制动力手机继续按照设定的单次磨锉时间值2min和冷却时间值15min循环工作至预设的循环次数值5000次。
9.根据权利要求8所述的精度测试方法,其特征在于,
所述PLC控制模块通过接近开关判断假骨消耗速度,判断是否触动接近开关,若是,则说明假骨消耗完毕更换假骨,若否则正常工作,其具体过程包括:
通过接近开关实时监测滑座平台是否到达其位移极限值,当滑座平台移动至接触位于滑轨底座的接近开关时,接近开关将信号传递至PLC控制模块,PLC控制模块判断滑座平台的位移量达到极限位置,假骨已消耗完毕,此时PLC控制模块控制动力手机停止工作,并控制伺服电机反转,通过丝杠传动带动滑座平台及末端把持器、磨锉杆、磨锉篮和动力手机向远离假骨的方向移动,更换新的假骨;
当更换新的假骨后,若此时总的循环次数不足5000次时,PLC控制模块继续控制伺服电机通过丝杠传动,滑座平台再次向新假骨的方向移动,同步带动末端把持器、动力手机、磨锉杆、磨锉篮推进,并启动动力手机对新假骨继续磨锉,按照设定的单次磨锉时间值2min和冷却时间值15min循环工作至5000次后停止工作;
当循环次数达到预设循环次数值5000次后,整个测试系统停止循环测试,测试循环完成后,PLC控制模块控制使动力手机停止工作,并再次控制伺服电机以恒定速度反向转动,伺服电机通过丝杠传动带动滑座平台及末端把持器、磨锉杆、磨锉篮和动力手机向远离假骨的方向移动;停止测试后系统发出提示;
在接收到提示后,将磨锉杆的快接头与动力手机的快接口分离,同时将磨锉篮从磨锉杆卸下,并将磨锉杆从末端把持器取下,用直径千分尺对磨锉杆在第一次测量的相应位置再次测量,将第二次测量值与循环测试前的第一次测量值进行比对,对磨锉杆的磨损程度进行评估;
将末端把持器从滑座平台拆卸,对末端把持器内部与磨锉杆相接触部分进行测量与观察,对末端把持器的磨损程度进行评估。
10.一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求4至9任一项所述精度测试方法的步骤。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104807660A (zh) * 2015-04-19 2015-07-29 北京工业大学 一种数控磨床进给系统可靠性试验装置
CN109925020A (zh) * 2017-12-19 2019-06-25 深圳先进技术研究院 一种脊柱椎板磨削机器人

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104997549A (zh) * 2015-08-24 2015-10-28 深圳市鑫君特智能医疗器械有限公司 用于骨科机器人的智能骨钻
CN210199062U (zh) * 2019-06-12 2020-03-27 全工工具股份有限公司 锉刀试验装置
CN113925564B (zh) * 2021-10-15 2024-09-03 汕头大学 一种用于髋臼磨锉的系统
CN114012532B (zh) * 2021-10-26 2022-09-20 成都飞机工业(集团)有限责任公司 一种管类零件多特征自动打磨装置及其打磨方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104807660A (zh) * 2015-04-19 2015-07-29 北京工业大学 一种数控磨床进给系统可靠性试验装置
CN109925020A (zh) * 2017-12-19 2019-06-25 深圳先进技术研究院 一种脊柱椎板磨削机器人

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