[發明專利]一種六自由度管理平臺遠程操作控制系統

在審

• 申請號: 201711046464.6
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107783468A
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 林艷萍;欒楠;宋巴特爾;黃永輝;白衛邦
• 申請（專利權）人: 嘉興復爾機器人有限公司
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;A61B10/02;A61B17/34;H02P8/14
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司31220
• 代理人: 鄭立

技術領域

本發明涉及醫療器械領域，具體涉及一種六自由度管理平臺遠程操作控制系統。

背景技術

脊柱穿刺是神經科臨床常用的檢查方法之一，既可用于診斷又可用于治療，其操作簡單易行，也較為安全。為了安全有效地實施這項操作，醫師需了解腰椎穿刺的禁忌癥、相關的解剖學和最大程度減少并發癥發生危險的方法。了解腰椎穿刺的適應癥、禁忌癥和正確的操作方法，可將危險發生率降至最低。

目前醫生在進行手術穿刺的時候，由于經常在X光線下進行穿刺雖然時間短，但是多次的積累下還是會吃大量的X光線，對醫生的身體健康造成很大的影響，在X光線的手術引導下，在遠程進行遙操作穿刺可以使得醫生避免這個害處，整個系統的控制精度與所選型的運動部件和對應的加工零件精度相關。

發明內容

基于現有技術存在需要醫生直接操作無法進行遙控制的問題，本發明提出了一種六自由度管理平臺遠程操作控制系統，能夠實現實時遠程控制，在醫生控制下調整穿刺角度且避免醫生經常暴露在X光線下，有助于保護醫生的身體健康。

本發明提供了一種六自由度管理平臺遠程操作控制系統，包括微控制器、上位機、穿刺電機、驅動與外部擴展電路、遙操作設備、電壓轉換與整形電路和管理平臺，所述微控制器與所述上位機通過以太網連接，所述微控制器向所述驅動與外部擴展電路輸出管理與步進電機驅動信號，所述微控制器通過控制局域網絡與所述穿刺電機連接，所述驅動與外部擴展電路和所述電壓轉換與整形電路通訊連接，所述電壓轉換與整形電路與所述管理平臺通訊連接，所述遙操作設備與所述上位機通訊連接；所述電壓轉換與整形電路對六自由度管理平臺控制信號進行轉換與濾波，以保證運動的穩定性，并使用ADC數模轉換將運動的位置信息反饋給上位機，來進行運動閉環控制與運動監控；所述驅動與外部擴展電路對控制信號進行整合以便于整體的輸出。

進一步地，所述六自由度管理平臺使用TCP/LWIP通信協議，所述上位機能夠與所述微控制器進行快速的信息交換，以滿足實時控制要求。

進一步地，所述管理平臺向所述微控制器發送位置反饋信號。

進一步地，在收到外部控制信息時，所述管理平臺向所述微控制器發送位置反饋信號會發生外部中斷。

進一步地，所述遙操作設備向所述上位機發送位姿信息。

進一步地，所述驅動與外部擴展電路向力傳感器供電，所述力傳感器信號經過模數轉換后傳輸至所述微控制器。

進一步地，所述驅動與外部擴展電路向步進電機驅動器發送步進電機速度與方向控制信號，所述步進電機驅動器的數量為至少兩個。

進一步地，所述電源系統向所述驅動與外部擴展電路供電。

進一步地，所述電源系統向所述驅動與外部擴展電路供電的電壓為12V或5V。

進一步地，所述電源系統向步進電機驅動器供電。

進一步地，所述電源系統向步進電機驅動器供電的電壓為24V。

本發明的有益效果在于，本發明提出了一種六自由度管理平臺遠程操作控制系統，能夠實現實時遠程控制，在醫生控制下調整穿刺角度且避免醫生經常暴露在X光線下，有助于保護醫生的身體健康。該系統適用于所有類管理(Steward)運動平臺的遠程實時控制系統，基于以太網通信技術與微控制器底層控制技術，在上位機電腦使用運動學算法將外部的要操作設備運動信息進行解碼，將控制信息通過以太網在固定的時間內(10ms以內)，發送給微控制器并生成控制信息，使用驅動與外部擴展電路以及電壓轉換和整形電路對機構運動進行實時隨動控制。

附圖說明

圖1為本發明一種六自由度管理平臺遠程操作控制系統的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方案作進一步地描述。

如圖1所示，本發明提供了一種六自由度管理平臺遠程操作控制系統，包括微控制器、上位機、穿刺電機、驅動與外部擴展電路、遙操作設備、電壓轉換與整形電路和管理平臺，微控制器與上位機通過以太網連接，微控制器向驅動與外部擴展電路輸出管理與步進電機驅動信號，微控制器通過控制局域網絡與穿刺電機連接，驅動與外部擴展電路和電壓轉換與整形電路通訊連接，電壓轉換與整形電路與管理平臺通訊連接，遙操作設備與上位機通訊連接；電壓轉換與整形電路對六自由度管理平臺控制信號進行轉換與濾波，以保證運動的穩定性，并使用ADC數模轉換將運動的位置信息反饋給上位機，來進行運動閉環控制與運動監控；驅動與外部擴展電路對控制信號進行整合以便于整體的輸出。