[发明专利]一种基于机械臂的手术机器人系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种基于机械臂的手术机器人系统及控制方法，系统中，多节延伸臂通过机械关节连接，延伸臂的末端安装机械抓手，机械抓手在延伸臂和机械关节的带动下运动；人工操控模块用于针对机械臂的每个机械关节进行操控，使得机械关节控制对应的延伸臂或机械抓手向预设方向旋转；光学相机用于采集机械臂的相对位置及角度的视频流，控制器根据视频流自动分析得到机械臂的运动路径，并根据运动路径向机械臂发送控制指令，机械臂根据控制指令运动至所夹持的手术工具到达预设位置和角度。通过本发明的技术方案，满足不同医生手术习惯的情况下实现机械臂的灵活操控，提高了手术工作效率，保证了手术工作效果。

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种基于机械臂的手术机器人系统以及一种手术机器人系统的控制方法。

背景技术

目前，随着影像技术、深度学习技术、图像处理技术、机器人技术发展，手术机器人应用愈发广泛。全膝关节置换手术机器人作为手术机器人的一种，广泛应用于膝关节置换手术中。通常机器人会连接骨动力装置，在光学系统引导下，机器人通过精准定位，完成相关平面截骨。不同厂商的机械臂有不同特点，某些机械臂自动定位到截骨平面，优点是安全、精度高；另外一些机械臂则可由医生手动拖动到预定截骨平面，优点是灵活。

但没有一种手术机器人，能够满足不同医生的使用习惯以更加灵活地控制手术机器人的机械臂执行手术操作过程。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于机械臂的手术机器人系统及控制方法，利用光学相机作为机械臂相对于手术床的定位装置，规划机械臂的运动路径，或者通过人工操控模块对机械臂的每个机械关节进行操控，使得机械臂的延伸臂在机械关节的驱动下运动至预设的位置和角度，从而在满足不同医生手术习惯的情况下实现机械臂的灵活操控，提高手术工作效率，保证手术工作效果。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于机械臂的手术机器人系统，包括：机械臂、手术台车、光学相机、人工操控模块和控制器；

所述机械臂安装于所述手术台车上，所述机械臂包括延伸臂、机械关节和机械抓手，多节所述延伸臂通过所述机械关节连接，所述延伸臂的末端安装所述机械抓手，所述机械抓手用于夹持手术工具，所述机械抓手在所述延伸臂和所述机械关节的带动下能够实现预设距离内的三自由度运动；

所述机械臂在所述手术台车的带动下移动至手术床旁，使得所述手术床位于所述机械臂的臂展延伸范围内；

所述人工操控模块用于针对所述机械臂的每个机械关节进行操控，使得所述机械关节控制对应的延伸臂或机械抓手向预设方向旋转；

所述光学相机用于采集所述机械臂相对于所述手术床上患者的相对位置及角度的视频流，并发送至所述控制器；

所述控制器根据所述光学相机采集到的视频流自动分析得到所述机械臂的运动路径，并根据所述运动路径向所述机械臂发送控制指令，所述机械臂根据所述控制指令运动至所夹持的所述手术工具到达预设位置和角度。

在上述技术方案中，优选地，基于机械臂的手术机器人系统还包括监控系统，所述监控系统分别与所述光学相机和所述控制器相连接，所述监控系统用于显示所述光学相机采集到的实时视频，并与所述控制器实现数据指令交互。

在上述技术方案中，优选地，所述人工操控模块采用软件操控按键、控制手柄和/或脚踏开关实现；

所述软件操控按键设置于所述监控系统，针对所述软件操控按键的操作指令发送至所述控制器，由所述控制器根据所述操作指令控制所述机械臂运动；

所述控制手柄或脚踏开关上设置有针对每个机械关节的操控按键，以控制对应的延伸臂或机械抓手向预设方向旋转。

在上述技术方案中，优选地，所述光学相机的视频采集区域对应所述机械臂的臂展延伸范围，且针对所述手术床上患者的视频采集方向不会受到阻挡。