[發(fā)明專利]自動控制高精度軟組織切割機器人有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201711473019.8 | 申請日： | 2017-12-29 |
| 公開（公告）號： | CN108175507B | 公開（公告）日： | 2020-09-04 |
| 發(fā)明（設計）人： | 蘇柏泉;史沛軒;程彬;匡紹龍 | 申請（專利權(quán)）人： | 北京郵電大學 |
| 主分類號： | A61B34/30 | 分類號： | A61B34/30;A61B34/32 |
| 代理公司： | 暫無信息 | 代理人： | 暫無信息 |
| 地址： | 100876 *** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 自動控制 高精度 軟組織 切割 機器人 | ||
本發(fā)明公開了一種自動控制高精度軟組織切割機器人系統(tǒng)。該機器人系統(tǒng)包括垂直導軌固定座1、垂直軌道2、絲桿聯(lián)動螺母3、水平軌道步進電機固定座4、絲桿軸承5、水平軌道步進電機6、水平軌道7、滑塊8、垂直軌道步進電機9、聯(lián)軸器10、絲桿11、手術(shù)刀夾具12、絲桿軸承固定座13、法蘭盤14、法蘭盤與機械臂安裝孔15、切割裝置底架16、抽氣導管17、真空吸盤18、待切割組織19、導氣管20、真空氣泵21、計算機22、手術(shù)刀夾具與絲桿聯(lián)動螺母安裝孔23、手術(shù)刀固定孔24、手術(shù)刀柄25、手術(shù)刀片26；本發(fā)明機器人固定模塊可有效解決軟組織變形造成的切割問題，橫縱控制模塊可實現(xiàn)切割長度和深度的精確控制。本發(fā)明的機器人精度高，準確調(diào)控切口形狀，易于控制。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種自動控制高精度軟組織切割機器人，屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域，具體為機器人結(jié)構(gòu)設計。
背景技術(shù)
當前，自動控制高精度軟組織切割機器人系統(tǒng)研究為空白，主要以虛擬切割模型為主，大多數(shù)文獻中提出的軟組織切割模型一般多在經(jīng)典形變模型基礎(chǔ)上改進而來， 常采用基于網(wǎng)格(Mesh-based)的方法建立。基于網(wǎng)格的切割模型，一般在仿真前將軟組 織對象所占據(jù)的三維空間剖分為由有限元(多采用四面體)集合所形成的網(wǎng)格，把切割過 程建模為手術(shù)刀具與軟組織幾何模型之間的網(wǎng)格切割計算(即手術(shù)刀具切割面與網(wǎng)格之 間的切割計算——四面體剖分)。虛擬建模無法解決現(xiàn)實中組織切割的問題，難以將虛 擬模型與現(xiàn)實切割有機結(jié)合起來。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出自動控制高精度軟組織切割機器人，具有該結(jié)構(gòu)特征的機器人可根據(jù)兩排平行的真空吸盤模塊自主實現(xiàn)切割組織對象的固定，根據(jù)相互垂直的絲桿模塊通 過步進電機精確控制手術(shù)刀切割的深度和長度。通過固定平臺以及切割模塊之間的協(xié) 調(diào)配合，可精準切割出預想的切口形狀。
一種自動控制高精度軟組織切割機器人，包括垂直導軌固定座、垂直軌道、絲桿聯(lián)動螺母、水平軌道步進電機固定座、絲桿軸承、水平軌道步進電機、水平軌道、滑 塊、垂直軌道步進電機、聯(lián)軸器、絲桿、手術(shù)刀夾具、絲桿軸承固定座、法蘭盤、法 蘭盤與機械臂安裝孔、切割裝置底架、抽氣導管、真空吸盤、待切割組織、導氣管、 真空氣泵、計算機、手術(shù)刀夾具與絲桿聯(lián)動螺母固定孔、手術(shù)刀固定孔、手術(shù)刀柄、 手術(shù)刀片；
一種自動控制高精度軟組織切割機器人，由可配置真空吸盤的軟組織固定支撐支架，以及橫縱導軌控制的可安裝不同種類刀片的刀柄夾具構(gòu)成。吸盤的數(shù)量可根據(jù)被 切割組織的大小變換。
軟組織通過裝置上的真空吸盤固定，根據(jù)被切割組織的大小可選擇真空吸盤的數(shù)量，真空吸盤通過抽氣導管與真空氣泵相連，根據(jù)不同組織重量以及表面的粗糙程度， 控制電源輸出不同的電壓值來控制真空吸盤內(nèi)氣壓，從而固定軟組織，減小軟組織變 形帶來的切割困難；
橫縱導軌精確控制手術(shù)刀橫向和縱向的運動距離，進而精確控制軟組織切口的長度和深度。垂直軌道步進電機受提前設定好的程序控制，步進電機與垂直軌道聯(lián)軸器 通過垂直導軌固定座與垂直導軌絲桿連接，垂直軌道聯(lián)軸器與垂直軌道絲桿相連，絲 桿穿過垂直導軌固定座上的絲桿軸承。垂直導軌絲桿與垂直軌道步進電機同步轉(zhuǎn)動， 使得穿過垂直絲桿的絲桿聯(lián)動螺母在垂直絲桿導軌上做垂直運動。水平軌道步進電機 受提前設定好的程序控制，步進電機與水平軌道聯(lián)軸器通過水平導軌固定電機底座與 水平導軌絲桿連接，水平軌道聯(lián)軸器與水平軌道絲桿相連，絲桿穿過水平軌道絲桿軸 承固定座上的絲桿軸承。水平導軌絲桿與水平軌道步進電機同步轉(zhuǎn)動，使得穿過水平 絲桿的絲桿聯(lián)動螺母在水平絲桿導軌上做水平運動。水平軌道與垂直軌道通過水平軌 道上的絲桿聯(lián)動螺母與垂直軌道上的垂直導軌固定座連接，形成在設定范圍內(nèi)任意點 的精確運動，繼而控制切割的深度和長度；
電源與真空氣泵相連，真空氣泵和氣管相連接，氣管與吸盤連接。
本發(fā)明的優(yōu)點在于：
(1)軟組織固定架可有效解決軟組織變形的切割瓶頸；
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