[发明专利]手术病床的跟踪测量机械臂装置

说明书

本发明提供了一种手术病床的跟踪测量机械臂装置，包括:病床夹持器、位置跟踪机构以及姿态跟踪机构；所述姿态跟踪机构、位置跟踪机构和病床夹持器依次连接，病床夹持器固定在病床床尾，当病床作三维直线调节时，实时测量病床的三维轨迹，并解算到自身坐标系中。本发明可以用于病床的实时跟踪，具有结构紧凑、可靠、低成本等特点。

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体地，涉及手术病床的跟踪测量机械臂装置。尤其涉及一种利用被动式串行机械臂上各关节的传感器来感知病床位置变化，实现病床自动实时跟踪的方法。

背景技术

当前，血管介入领域出现了机器人手术辅助系统，其技术优势在于可以使医生避免DSA的射线损伤，以及实现更为精准的手术操作。机器人手术辅助系统一般采用主从式结构，及医生通过主手发送动作命令，从端执行医生的动作命令，实现器材的夹持、推送和旋转。在手术过程中，有必要时需移动DSA的机头以便对手术关注部位进行成像，在DSA的臂无法到达的地方，需要移动手术床配合成像。手术床移动时，如果机器人从端夹持器材则需要夹持器材，则需要从端和手术床一起运动，避免器材在人体血管内的位置不变。为了实现从端和手术床的同步运动，就需要监测手术床的运动位置并将这一位置作为输入给与从端系统，控制从端跟随手术床一起运动。

手术床的运动一般情况下为三个垂直方向上移动，而且这三个方向上互相独立，并且是随机的，一般由医生拉动或者电动配合DSA来造影。检测手术床运动可以使用导轨式的测量方法，但是三个方向上的测量需要从结构上进行解耦，实现相互独立，占地空间比较大，在手术室里面存在一定的安装困难。另外，一种常用的办法是使用双目或者三目的光学视觉跟踪系统，将光学标记固定安装在病床上，通过光学视觉跟踪系统给出手术床的空间坐标以及运动轨迹，在通过空间坐标变换将其由视觉跟踪系统坐标系变换到机器人坐标系。光学跟踪系统的缺点在于容易造成遮挡，尤其在手术床旁边医护人员的频繁无序随机运动造成的影响难以消除。

从各种资料来看，血管介入机器人辅助系统中所需要的手术床跟踪系统有必要采用新的方法来解决上述问题。需要解决的关键问题包括：(1)三个自由度上的移动量需要完全解耦；(2)具有较大的运动空间与范围，并且保证一定的精度；(3)具有安全可能，数据量是连续的，能够进行可靠有效获取；(4)适合安装在手术室里面，占用空间小，易于拆装。

专利文献CN103895023B(申请号：201410135361.7)公开了一种基于编码方位装置的机械臂末端跟踪测量系统及方法。系统包括机械臂、多面体编码点特征测量靶标、机械臂末端执行器、机械臂控制柜、测量像机和上位机。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种手术病床的跟踪测量机械臂装置。

根据本发明提供的一种手术病床的跟踪测量机械臂装置，其特征在于，包括:

病床夹持器、位置跟踪机构以及姿态跟踪机构；

所述姿态跟踪机构、位置跟踪机构和病床夹持器依次连接，病床夹持器固定在病床床尾，当病床作三维直线调节时，实时测量病床的三维轨迹，并解算到自身坐标系中。

优选地，所述病床夹持器由旋柄、导向杆、夹座及球铰组成；

所述位置跟踪机构由第一伸缩杆、第二伸缩杆、第三伸缩杆、拉线钢丝及拉线传感器组成；

所述姿态跟踪机构由第一支撑架、第一关节转角编码器、第二关节转角编码器、第一支撑杆、第三关节转角编码器、第二支撑架、第二支撑杆、第四关节转角编码器、第三支撑架以及底座组成。

优选地，所述旋柄和夹座通过螺纹连接，旋柄上设置有螺纹，旋柄旋和在夹座的螺纹里；

导向杆包括左导向杆-和右导向杆-，左导向杆-和右导向杆-插在夹座的导向孔里；

磁体-与左导向杆-、右导向杆-的末端粘接，旋柄的末端依靠磁力吸附磁体-；