[發(fā)明專利]一種用于B超機(jī)器人的六維操控裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011328528.3
• 申請(qǐng)日: 2020-11-24
• 公開（公告）號(hào): CN112297035B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李淼;雷自偉;肖曉暉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)蘇州研究院
• 主分類號(hào): B25J13/00
• 分類號(hào): B25J13/00;B25J13/08;A61B8/00;G01L5/00
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 常海濤

本發(fā)明公開了一種用于B超機(jī)器人的六維操控裝置，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明用于B超機(jī)器人的六維操控裝置包括控制筆和控制箱兩大部分，所述控制筆由醫(yī)生手持并在控制箱的面板上滑動(dòng)，能夠檢測(cè)并傳輸筆的姿態(tài)信息，所述控制箱能夠獲取并傳輸其與筆尖接觸點(diǎn)的位置信號(hào)和壓力信號(hào)。本發(fā)明提的六維操控裝置，可以對(duì)機(jī)器人的六個(gè)主動(dòng)自由度進(jìn)行操控，且其具有操作難度小、低成本、可控性好的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種操控裝置，具體涉及一種用于B超機(jī)器人的六維操控裝置。

背景技術(shù)

近年來，機(jī)器人在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、服務(wù)業(yè)迅速發(fā)展，同時(shí)在醫(yī)療領(lǐng)域也已得到推廣應(yīng)用。隨著機(jī)器人控制技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器人的操控方式逐漸不局限于操作面板、操作手柄，并向著控制更多自由度的方向發(fā)展。在醫(yī)療領(lǐng)域，醫(yī)療機(jī)器人對(duì)操控的安全性、準(zhǔn)確度、靈活度的要求非常高，例如醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人、穿刺機(jī)器人、B超機(jī)器人、血管介入機(jī)器人等，而現(xiàn)有的操控方式大多只適合于操控三自由度機(jī)器人，對(duì)于多自由度機(jī)器人的控制方式十分匱乏，大大限制了醫(yī)療機(jī)器人的發(fā)展。

近年來出現(xiàn)的3D鼠標(biāo)、Force Dimension力反饋裝置等設(shè)備，雖然可以輸出六維控制信息，但存在操作難度大、成本高等問題，使用者不經(jīng)過培訓(xùn)難以熟練掌握控制方法。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述現(xiàn)有的六維操控裝置的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于B超機(jī)器人的六維操控裝置，其具有易操作、低成本、可控性好的特點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種用于B超機(jī)器人的六維操控裝置，用于操控B超機(jī)器人的六自由度機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)，其包括控制筆和控制箱兩大部分，所述控制筆由醫(yī)生手持并在控制箱的面板上滑動(dòng)，能夠檢測(cè)并傳輸筆的姿態(tài)信息，所述控制箱能夠獲取并傳輸其與控制筆接觸點(diǎn)的位置信號(hào)和壓力信號(hào)。

進(jìn)一步地，所述控制筆包括含內(nèi)部打印組件的筆體外殼、激光發(fā)射模塊、IMU模塊、自復(fù)位按鈕開關(guān)。所述筆體外殼能夠封裝控制筆的內(nèi)部元器件及線路，所述激光發(fā)射模塊用于標(biāo)定控制筆和控制箱的接觸位置，所述IMU模塊能夠獲取控制筆的姿態(tài)信息，所述自復(fù)位按鈕開關(guān)用于控制機(jī)械臂末端在工具坐標(biāo)系Z軸方向的移動(dòng)。更進(jìn)一步地，所述控制筆還包括尼龍萬向球和螺絲螺母連接件；所述尼龍萬向球用于減小控制筆在控制箱上滑動(dòng)時(shí)的摩擦阻力，所述螺絲螺母連接件用于控制筆各個(gè)元器件的連接固定。進(jìn)一步地，所述控制筆設(shè)計(jì)成貼合手掌的曲面形狀。

進(jìn)一步地，所述控制箱分為內(nèi)箱體和外箱體兩部分，內(nèi)箱體可在外箱體中上下彈性滑動(dòng)，內(nèi)箱體中部安裝有魚眼相機(jī)，內(nèi)箱體底部和外箱體底部之間安裝有壓力傳感器；所述壓力傳感器能檢測(cè)到控制筆按壓在控制箱上的壓力并控制控制筆打開激光發(fā)射模塊；所述魚眼相機(jī)能采集控制筆在控制箱上的位置信息并輸出機(jī)械臂沿X軸、Y軸的移動(dòng)信號(hào)；所述壓力傳感器還可以輸出機(jī)械臂沿Z軸的移動(dòng)信號(hào)。

進(jìn)一步地，所述激光發(fā)射模塊在工作時(shí)，會(huì)發(fā)射紅色激光，激光照射在控制箱表面產(chǎn)生一個(gè)亮斑，控制箱中的魚眼相機(jī)通過對(duì)圖像進(jìn)行處理可以得到相機(jī)視野中的亮斑位置信息。移動(dòng)控制筆，亮斑在控制箱表面的移動(dòng)信息由魚眼相機(jī)傳輸?shù)綑C(jī)械臂，控制機(jī)械臂水平面內(nèi)沿X軸和Y軸的移動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述IMU模塊安裝在控制筆頂部，用于檢測(cè)控制筆的姿態(tài)角信息，所述姿態(tài)角包括繞X軸、繞Y軸和繞Z軸的姿態(tài)角，IMU模塊檢測(cè)得到的三軸姿態(tài)角信息發(fā)送到六自由度機(jī)械臂，建立起從控制筆到機(jī)械臂末端的姿態(tài)映射。

進(jìn)一步地，所述IMU模塊每次的初始位姿是固定的，即可使IMU模塊初始化的坐標(biāo)系和機(jī)械臂自身坐標(biāo)系建立起固定的映射關(guān)系，所以控制筆對(duì)于機(jī)械臂的姿態(tài)控制是絕對(duì)映射的關(guān)系。

進(jìn)一步地，所述控制箱包括硅膠層、透明亞克力板、魚眼相機(jī)、壓縮彈簧、彈簧限位槽、滑軌滑塊模組、壓力傳感器、內(nèi)箱體和外箱體。所述內(nèi)箱體、外箱體均無上蓋。所述魚眼相機(jī)安裝在內(nèi)箱體中部，所述透明亞克力板蓋在內(nèi)箱體上，所述硅膠層平鋪在透明亞克力板上。