[发明专利]无接触测量的光电测距系统

说明书

【技术领域】：

本发明属于测量技术领域，特别涉及一种无接触测量的光电测距系统。

【背景技术】：

目前，医疗机器人技术的研究已经成为国际机器人领域的前沿研究热点之一，其中医疗外科机器人的研究最为突出。近年来，医务工作人员与科学工程技术人员紧密配合，研究开发了许多类型的医用外科手术机器人系统，有的己经应用于临床实践。如美国Intuitive Surgical公司开发的DaVinci外科手术机器人系统和以色列Mazor公司推出的“脊柱助理”脊柱手术用机器人等。

微创外科手术是指经非传统手术途径并借助医学影像等特殊手术器械和仪器对疾患进行诊断和治疗的微创技术和方法，其目的在于将医源性创伤减小到最低程度，同时获得最佳疗效。脊柱微创外科手术也具有前面所述微创外科手术的问题，而且脊柱的病变位置与重要生命器官相邻，手术精度要求高，对医生提出了更高的要求。高精度的手术定位技术始终是限制脊柱微创外科手术推广的瓶颈。目前脊柱微创外科手术只能在我国的一些大医院开展。

机器人技术是解决上述问题的重要方法。利用机器人的高精度、稳定性和可控性，来完成手术的定位，为医生手术搭建一个稳固的手术操作平台，改变了过去医生只能凭借主观判断和积累的手术经验来完成手术的局面，能够减少人为因素引起的手术误差，提高手术质量。

在脊椎微创手术机器人实施手术的过程中，需要测量手术工具进入人体的距离，但手术环境对测量方式有着自身的特殊要求，如不得接触手术工具；需要保护手术工具的无菌环境；较高的测量精度等，因此无法采用常规的测量方式。

【发明内容】：

本发明目的是解决微创手术机器人在实施手术过程中无法采用常规的测量方式对手术工具进入人体的距离进行测量的问题，提供一种无接触测量的光电测距系统。

本发明利用光电测量技术，通过专门设计的机构可以满足上述的测量要求。这项发明适用于需要采用无接触测量方式的精确测距环境，完全可以应用于脊椎微创手术机器人手术工具的测量。

本发明提供的无接触测量的光电测距系统包括：

发光源：用于为光电测距系统提供光源；

光路转换模块：将发光源发出的光经过折射和反射后照射到被测物表面；

被测物：为光电测距系统测量的对象，用于将光路转换模块照射到被测物表面的光反射到图像采集与处理模块；

图像采集与处理模块：用于接收被测物表面反射的光线，并进行成像、记录被测物移动轨迹以及对被测物移动轨迹上摄取的一系列图像进行分析处理，最后得出移动方向和移动距离的数据；

数据通讯接口：用于将图像采集与处理模块得出的被测物移动方向和移动距离的数据发送给上层控制单元。

以上所述的光路转换模块包括：

光源会聚透镜：用于将光源发出的光线进行会聚；

第一反射镜：设置在光源会聚透镜的光轴上，用于反射光源会聚透镜透射的测量光线；

第二反射镜：设置在第一反射镜的反射光线上，用于将第一反射镜反射的测量光线反射到被测物表面上；

成像透镜：设置在被测物表面反射的光线上，用于将被测物表面反射的光线会聚并在图像采集与处理模块上进行成像。

该光路转换模块中的光源会聚透镜、第一反射镜、第二反射镜和成像透镜可以采用光学材料制成整体式光路转换模块。

所述的图像采集与处理模块包括：

CMOS图像传感器：用于接收经成像透镜会聚的被测物表面反射的光线后并成像；

数字信号处理器：用于记录由CMOS图像传感器对被测物表面的成像，并对被测物移动轨迹上摄取的一系列图像进行分析处理，最后得出被测物移动方向和移动距离的数据；

控制寄存器：用于保存测量结果及数字信号处理器的配置文件。

数据通讯接口：用于将数字信号处理器得出的被测物移动方向和移动距离的数据发送给上层控制单元。

本发明所述的被测物为手术工具，该手术工具固定在手术工具固定机构上，该固定机构包括：线路板座，线路板座上开有一个用于放置手术工具的移动凹槽，移动凹槽的底部开有一个用于通过光电测距系统中光路转换模块发射的测量光线的通光孔，移动凹槽的上面放置有一个防止手术工具移位及脱出的滑片，该滑片由固定在线路板座上的线路板座盖片固定，并由线路板座盖片上设置的滚珠压簧定位机构定位，滑片上设有至少两个用于与滚珠压簧定位机构匹配的定位凹坑。

本发明的优点和积极效果：