[发明专利]一种具有防碰撞功能的移动式机器人手术系统

摘要

本发明公开的一种具有防碰撞功能的移动式机器人手术系统，包括：全方位移动平台，具有公转和自转机构的影像系统，防碰撞系统与控制计算机；所述防碰撞系统包括防碰撞仿真平台与碰撞反馈机构，碰撞反馈机构包括触杆、偏心机构、转轴和扭力传感器；触杆连接在偏心机构的一端，偏心机构固定连接在转轴上，转轴安装于全方位移动平台上，在转轴一端设置有扭力传感器；控制计算机与系统软件平台和硬件的各个关节驱动器通信，进行数据/指令传输。所述防碰撞分为软件层面防碰撞路径规划和机电层面碰撞检测反馈。本发明所述一种具有防碰撞功能的移动式机器人手术系统，具有软硬件两级防碰撞机制，较大地提高了移动式机器人手术系统的安全性和可靠性。

主权项

一种具有防碰撞功能的移动式机器人手术系统，包括：全方位移动平台，具有公转和自转机构的影像系统，防碰撞系统和控制计算机；其特征在于：所述全方位移动平台由移动平台机身（1）和一组麦克纳母轮（2）组成，一组麦克纳母轮（2）分为两排，平行安放，同一排的麦克纳母轮（2）分别安装在移动平台机身（1）的两端；所述具有公转和自转机构的影像系统安装在全方位移动平台上，其中公转是绕x轴进行旋转，自转是绕y轴进行旋转，通过公转和自转的配合可以实现影像系统绕等中心点的旋转；所述防碰撞系统由防碰撞仿真平台与碰撞反馈机构组成；所述防碰撞仿真平台包括模型参数检测模块、定位与路径规划模块、碰撞检测智能计算模块和可视化模块；模型参数检测模块用于检测系统模型中各个关节上伺服电机的编码器输出，并根据编码器输出值计算出模型各关节当前的运动参数，包括速度、加速度；定位与路径规划模块，用于检测模型在运动空间的当前位置，并根据模型运动参数计算出下一时刻模型位置，同时根据模型碰撞信息进行模型路径规划；碰撞检测智能计算模块，用于根据模型当前位置和下一时刻模型位置，智能计算出模型在下一时刻的碰撞关系，预测模型碰撞信息；可视化模块，用于根据模型各关节的运动参数和模型位置信息，将模型空间状态可视化，便于用户观察与判断；所述碰撞反馈机构包括触杆（8）、偏心机构、转轴（10）和扭力传感器（11）；所述触杆（8）连接在偏心机构的一端，偏心机构固定连接在转轴（10）上，转轴（10）安装于全方位移动平台上，且至少在转轴（10）一端设置有扭力传感器（11）；所述控制计算机，用于与系统软件平台和硬件的各个关节驱动器通信，进行数据/指令传输；所述防碰撞系统实现防碰撞路径规划与碰撞反馈的方法步骤为：第一步，软件层面防碰撞路径规划：（1）建立并导入系统模型，设置模型关节初始参数；（2）模型参数检测模块检测系统模型中各个关节上伺服电机的编码器输出，并根据编码器输出值计算出模型各关节当前的运动参数，包括速度、加速度，并反馈给控制计算机；（3）定位与路径规划模块检测模型在运动空间的当前位置，可视化模块将模型空间位置状态可视化，同时定位与路径规划模块根据模型运动参数计算出下一时刻模型位置，将当前位置信息与下一时刻位置信息反馈给控制计算机；（4）碰撞检测智能计算模块根据系统模型的当前位置和下一时刻模型位置，智能计算出模型在下一时刻的碰撞关系，并将此信息反馈给定位与路径规划模块与控制计算机；（5）定位与路径规划模块根据碰撞关系进行系统模型运动路径的实时修改与规划，并将此数据反馈于控制计算机；（6）控制计算机根据实时修改与规划的路径控制模型中各个关节上伺服电机的转速，以执行防碰撞路径；第二步，机电层面碰撞检测反馈：触杆受碰撞回弹，通过偏心机构带动转轴旋转，转轴端部的扭力传感器检测到扭力变化，反馈于控制计算机，控制计算机控制报警装置报警，并控制移动平台停止移动。