[發(fā)明專利]機器人安全邊界控制裝置及方法、電子設(shè)備和存儲介質(zhì)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110270119.0
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113040915A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃志俊;陳鵬;劉金勇
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州柳葉刀機器人有限公司
• 主分類號: A61B34/30
• 分類號: A61B34/30;A61B17/16;G06F17/15;G06F17/16
• 代理公司: 北京林達劉知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇

本公開涉及一種機器人安全邊界控制裝置及方法、電子設(shè)備和存儲介質(zhì)，所述裝置包括：機械臂，包括操作端和末端，所述操作端用于接收操作動作，使得所述末端在圓錐區(qū)域內(nèi)運動；控制組件，用于接收尺寸參數(shù)，并根據(jù)所述尺寸參數(shù)確定圓錐區(qū)域的范圍；根據(jù)機械臂的結(jié)構(gòu)信息，以及操作動作的動作參數(shù)，確定末端當前的第一位置；在末端的第一位置到達圓錐區(qū)域的邊界的情況下，將機械臂末端的運動軌跡限制為環(huán)繞圓錐區(qū)域的邊界。根據(jù)本公開的實施例的機器人安全邊界控制裝置，控制組件可在機械臂末端到達圓錐區(qū)域邊界時，將機械臂末端的運動軌跡限制為圍繞圓錐區(qū)域的邊界，可防止機械臂末端超出圓錐區(qū)域的邊界，造成過度磨挫。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及醫(yī)療儀器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種機器人安全邊界控制裝置及方法、電子設(shè)備和存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)

人工關(guān)節(jié)置換是目前治療晚期骨關(guān)節(jié)炎的最有效手段。該手術(shù)需要將患者體內(nèi)已發(fā)生病變的股骨頭取出，并安裝上相應(yīng)的髖臼墊塊假體。安裝假體前，必須將人體的髖臼窩進行磨削，直至符合髖臼假體的外形尺寸，再將髖臼杯放入髖臼窩內(nèi)。

在相關(guān)技術(shù)中，在髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)中，醫(yī)生手持帶有磨搓設(shè)備對髖臼進行研磨，該手術(shù)為人工操作，研磨效果的不確定性較大，例如，受醫(yī)生用力大小、方向、角度等因素的影響較大，或受醫(yī)生的專業(yè)知識和經(jīng)驗的影響較大。在研磨過程中，容易出現(xiàn)研磨用力過度、研磨深度不足、偏心研磨導(dǎo)致錯失正常解剖位、磨搓頭滑移導(dǎo)致研磨不均等。因此，研磨結(jié)果與植入的假體不匹配的概率較高，如果該不匹配現(xiàn)象發(fā)生，則會引起患者疼痛、運動功能康復(fù)不良的癥狀，即，引起手術(shù)效果不佳。

相比于人工磨削，通過關(guān)節(jié)置換手術(shù)機器人的機械臂可以做到更精準的磨削，并提高假體植入的精準度。當前通過機器人進行磨削的核心難點在于操作中力的反饋與控制，機械臂末端在髖臼磨挫過程中難以控制，導(dǎo)致過度磨挫，將髖臼窩穿破，損傷目標解剖結(jié)構(gòu)以外的韌帶、軟組織神經(jīng)等結(jié)構(gòu)，或者磨挫不到位，未能充分顯露真髖臼底。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述因素，本公開能夠輔助醫(yī)生研磨出位置恒定且曲率單一的半球形，提高磨搓加工的加工精度，提升髖臼與假體的匹配度，并使機械臂在工作過程中可控，提升醫(yī)生和患者的安全性。

本公開提出了一種機器人安全邊界控制裝置及方法、電子設(shè)備和存儲介質(zhì)。

根據(jù)本公開的一方面，提供了一種機器人安全邊界控制裝置，包括：機械臂和控制組件，所述機械臂包括操作端和末端，所述操作端用于接收操作動作，使得所述末端在圓錐區(qū)域內(nèi)運動，所述控制組件用于：接收上位機預(yù)設(shè)的尺寸參數(shù)，并根據(jù)所述尺寸參數(shù)，確定所述圓錐區(qū)域的范圍；根據(jù)所述機械臂的結(jié)構(gòu)信息，以及所述操作端接收的操作動作的動作參數(shù)，確定所述末端當前的第一位置；在所述末端的第一位置到達所述圓錐區(qū)域的邊界的情況下，將所述機械臂末端的運動軌跡限制為環(huán)繞所述圓錐區(qū)域的邊界。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，根據(jù)所述機械臂的結(jié)構(gòu)信息，以及所述操作端接收的操作動作的動作參數(shù)，確定所述末端當前的第一位置，包括：根據(jù)所述機械臂的結(jié)構(gòu)信息，確定所述機械臂的操作端和末端之間的位置關(guān)系；根據(jù)所述動作參數(shù)，確定所述操作端的第二位置；根據(jù)所述機械臂的操作端和末端之間的位置關(guān)系以及所述操作端的第二位置，確定所述末端當前的第一位置。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述裝置還包括受力傳感器，設(shè)置在靠近所述操作端的位置，在所述末端的第一位置到達所述圓錐區(qū)域的邊界的情況下，將所述末端的運動軌跡限制為環(huán)繞所述圓錐區(qū)域的邊界，包括：根據(jù)所述受力傳感器檢測到的第一受力參數(shù)以及所述尺寸參數(shù)，確定所述機械臂末端沿圓錐區(qū)域的邊界切向的切向力以及沿圓錐區(qū)域的邊界法向的法向力；將所述法向力設(shè)置為零，以使得機械臂末端的運動軌跡為環(huán)繞所述圓錐區(qū)域的邊界。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述控制組件還用于：確定所述法向力設(shè)置為零后所述末端的第三受力參數(shù)；根據(jù)所述第三受力參數(shù)，確定所述受力傳感器處的第四受力參數(shù)，以使機械臂的操作端沿切向運動。