[發(fā)明專(zhuān)利]膝關(guān)節(jié)手術(shù)機(jī)器人和控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310314523.2
• 申請(qǐng)日: 2023-03-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116019564B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李文龍;張靖;魏曉晨;胡瑞崢;王遠(yuǎn);李文凱;楊友波;劉志成
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京壹點(diǎn)靈動(dòng)科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): A61B34/30
• 分類(lèi)號(hào): A61B34/30;A61B17/16
• 代理公司: 北京康信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 周春枚

1.一種膝關(guān)節(jié)手術(shù)機(jī)器人，其特征在于，包括：

機(jī)械臂，所述機(jī)械臂的末端與鉸鏈機(jī)構(gòu)的一端連接，其中，所述機(jī)械臂用于將所述鉸鏈機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)至預(yù)設(shè)的目標(biāo)平面；

所述鉸鏈機(jī)構(gòu)，所述鉸鏈機(jī)構(gòu)的另一端與擺鋸連接，其中，所述鉸鏈機(jī)構(gòu)在所述目標(biāo)平面內(nèi)移動(dòng)，以將所述擺鋸移動(dòng)至目標(biāo)位置；

擺鋸，其中，所述擺鋸用于在所述目標(biāo)位置執(zhí)行切割操作；

其中，依據(jù)所述預(yù)設(shè)的目標(biāo)平面和逆解算法進(jìn)行計(jì)算，得到所述機(jī)械臂的目標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，并依據(jù)所述目標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)角度控制所述機(jī)械臂轉(zhuǎn)動(dòng)，以將所述鉸鏈機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)至所述目標(biāo)平面；

其中，通過(guò)固定在機(jī)械臂上的第一標(biāo)記工具獲取所述機(jī)械臂的第一坐標(biāo)信息；獲取預(yù)設(shè)的目標(biāo)平面，并依據(jù)固定在目標(biāo)對(duì)象上的第二標(biāo)記工具獲取所述目標(biāo)對(duì)象的第二坐標(biāo)信息；依據(jù)所述第二坐標(biāo)信息將所述預(yù)設(shè)的目標(biāo)平面進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到轉(zhuǎn)換后的目標(biāo)平面；通過(guò)逆解算法對(duì)所述第一坐標(biāo)信息和所述轉(zhuǎn)換后的目標(biāo)平面進(jìn)行計(jì)算，得到目標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，并依據(jù)所述目標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)角度控制所述機(jī)械臂轉(zhuǎn)動(dòng)；

其中，通過(guò)逆解算法對(duì)所述第一坐標(biāo)信息和所述轉(zhuǎn)換后的目標(biāo)平面進(jìn)行計(jì)算，得到目標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)角度包括：依據(jù)所述機(jī)械臂的第一坐標(biāo)信息獲取第一關(guān)節(jié)的第一初始DH參數(shù)、第二關(guān)節(jié)的第二初始DH參數(shù)和第三關(guān)節(jié)的第三初始DH參數(shù)，其中，所述機(jī)械臂由所述第一關(guān)節(jié)、所述第二關(guān)節(jié)和所述第三關(guān)節(jié)組成；依據(jù)所述第一初始DH參數(shù)、所述第二初始DH參數(shù)和所述第三初始DH參數(shù)構(gòu)建坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣，得到第一坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣，其中，所述第一坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣為所述機(jī)械臂上的預(yù)設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)至所述第三關(guān)節(jié)的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)矩陣；依據(jù)所述第三關(guān)節(jié)相對(duì)于所述預(yù)設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)的姿態(tài)變化值和所述轉(zhuǎn)換后的目標(biāo)平面相對(duì)于所述預(yù)設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)變化值構(gòu)建坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣，得到第二坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣，其中，所述第二坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣為所述第三關(guān)節(jié)至所述預(yù)設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)矩陣；依據(jù)所述第一坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣、所述第二坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣和所述轉(zhuǎn)換后的目標(biāo)平面進(jìn)行逆解運(yùn)算，得到所述機(jī)械臂的目標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膝關(guān)節(jié)手術(shù)機(jī)器人，其特征在于，所述機(jī)械臂還包括：

關(guān)節(jié)模組，其中，所述關(guān)節(jié)模組包括多個(gè)關(guān)節(jié)，每個(gè)關(guān)節(jié)包括電機(jī)和控制裝置，所述控制裝置用于將所述目標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)角度轉(zhuǎn)換為所述電機(jī)的控制參數(shù)，以通過(guò)所述電機(jī)控制所述機(jī)械臂的多個(gè)關(guān)節(jié)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膝關(guān)節(jié)手術(shù)機(jī)器人，其特征在于，所述關(guān)節(jié)模組中的每個(gè)關(guān)節(jié)還包括：

狀態(tài)檢測(cè)裝置，其中，所述狀態(tài)檢測(cè)裝置用于檢測(cè)每個(gè)關(guān)節(jié)是否轉(zhuǎn)動(dòng)至所述目標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)角度對(duì)應(yīng)的位置。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膝關(guān)節(jié)手術(shù)機(jī)器人，其特征在于，所述關(guān)節(jié)模組包括：

第一關(guān)節(jié)、第二關(guān)節(jié)和第三關(guān)節(jié)，其中，控制所述第一關(guān)節(jié)、所述第二關(guān)節(jié)和所述第三關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，以將所述鉸鏈機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)至所述目標(biāo)平面。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膝關(guān)節(jié)手術(shù)機(jī)器人，其特征在于，所述鉸鏈機(jī)構(gòu)還包括：

第一鉸鏈連桿、第二鉸鏈連桿、第三鉸鏈連桿和第四鉸鏈連桿，其中，所述第一鉸鏈連桿和所述機(jī)械臂的末端法蘭連接，所述第一鉸鏈連桿、所述第二鉸鏈連桿、所述第三鉸鏈連桿和所述第四鉸鏈連桿之間活動(dòng)連接，所述第四鉸鏈連桿的末端與所述擺鋸連接，通過(guò)所述第一鉸鏈連桿、所述第二鉸鏈連桿、所述第三鉸鏈連桿和所述第四鉸鏈連桿將所述擺鋸移動(dòng)至目標(biāo)位置。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的膝關(guān)節(jié)手術(shù)機(jī)器人，其特征在于，所述第一鉸鏈連桿、所述第二鉸鏈連桿、所述第三鉸鏈連桿和所述第四鉸鏈連桿之間使用的轉(zhuǎn)軸為可調(diào)阻尼轉(zhuǎn)軸。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膝關(guān)節(jié)手術(shù)機(jī)器人，其特征在于，所述膝關(guān)節(jié)手術(shù)機(jī)器人還包括：

升降裝置，所述升降裝置與所述機(jī)械臂的首端連接，其中，所述升降裝置用于對(duì)所述機(jī)械臂的高度進(jìn)行調(diào)整。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的膝關(guān)節(jié)手術(shù)機(jī)器人，其特征在于，所述升降裝置還包括：

鎖緊旋鈕和固定橫桿，其中，所述鎖緊旋鈕和所述固定橫桿用于將所述升降裝置固定在手術(shù)床。