专利汇可以提供多关节臂机械传感式超声影像导航定位方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种多关节臂机械传感式超声影像导航 定位 方法,主要由机械传感构件组合和导航定位方法组成,其中,该方法采用带有 传感器 的六关节臂来直接测定超声 探头 的实时 位置 ,多关节臂采用的是2个电动式关节与4个被动式关节的转动轴以相互垂直的组合形式,测控探头位置时,其x方向位移量只取决于电动式关节组的转 角 ,而与被动式关节组转角无关;探头座的y方向位移量只取决于被动式关节组的转角,而与电动式关节组的转角无关;是一种电动式关节组与被动式关节组相互配合的半主动结构模式。本 发明 结构简单紧凑,安全稳定。,下面是多关节臂机械传感式超声影像导航定位方法专利的具体信息内容。
1、一种多关节臂机械传感式超声影像导航定位方法,该方法包括下列步骤:首 先在启动导航机器人导航程序前设定机器人本体的初始位置,使随动导航多 关节臂机械臂末端的探头垂直对准病体表面的扫描区中心位置,以此为导航 臂三维坐标原点,同时设定电动式随动关节1、2的转角θ1、θ2初始值;启动 微机测控系统,微机按θ1与θ2设定使电动式随动关节1与2转动,随动导航臂 做好扫描准备;当探头持超声探头在病体进行扫描时,一方面由PLC可编程 控制器根据二维位移传感器信号控制电动式随动关节1与2来配合由被动关 节组成的柔性运动部件,另一方面由PC机通过数据采集卡接收二个电动式随 动关节的伺服电机码盘信息,四个被动式关节的角度传感器模拟信号,以及 悬挂式转盘的角度传感器模拟信号,同时通过超声仪接收在超声探头实测的 二维超声影像信号,输入各关节转角按三角函数关系算出探头的三维坐标值 与探头倾角值,PC机按上述数据进行超声影像三维重构后,由图像卡输出CRT 显示微创穿刺肿疗的三维路径影像,CRT显示肿瘤三维影像及微波电极针轨 迹,PLC按照输入的二维位移传感电路信号经由直流伺服电机驱动电路实时 控制二个随动式关节的伺服电机,使之配合随动导航臂末端的超声探头扫描 运动,对微创外科手术进行视觉导航。
2、根据权利要求1所述的超声影像导航定位方法,其特征在于:持超声探头在 病体表面扫描提取超声影像时,其探头空间位置可在上述机械臂初始位置为 原点清零后,根据各关节相对转角量进行测定,设手持超声探头在病体上移 动到(xA、yA)位置时,其x方向坐标值xA只取决于电动关节n1与n2的转角 θ1与θ2及转盘n0的转角θ0,有:
XA=[λ1cos(θ1+θ10)-λ2cos(θ2+θ20)]cosθ0 (1)
式中,λ1为电动关节1与电动关节2轴心间距
λ2为电动关节2与被动关节1轴心间距
同理,探头端面中心的y方向坐标值yA只取决于被动关节n4、n5、n6的转 角θ4、θ5、θ6及转盘n0的转角θ0,有:
yA=[λ4sinθ4+λ5sinθ5+λ6sinθ6]sinθ0 (2)
式中,λ4为被动关节1与被动关节2轴心间距;
λ5为被动关节2与被动关节3轴心间距;
λ6为被动关节3与被动关节4轴心间距。
3、一种用于实现权利要求1的方法的带有传感器的六关节机械臂,主要由2个 带有光码盘的电动式关节与4个带有角度传感器的被动式关节以及一个悬挂 式转盘组成,其特征在于:悬挂式转盘(10)向上连接弯头(9),向下连接 二维位移传感器(11),二维位移传感器(11)下端直接连接第一个电动式关 节(12),并通过第一个摆杆(13)与第二个电动式关节(14)相连接,此第 二个电动式关节(14)往下依次连接第二个摆杆(15),第一个被动关节(16), 第三个摆杆(7),第二个被动关节(6),第四个摆杆(5),第三个被动关节 (4),第五个摆杆(3),第四个被动关节(2)直至导航臂末端的超声探头座 (1);悬挂式转盘(10)通过转轴(411)与弯头(9)的轴承座(406)连接, 并同时与角度传感器(408)连接,第一电动式关节(12),第二电动式关节 (14)的上连杆(208)与关节座(209)固定连接,下连杆(204)与关节轴 (205)固接,并且关节轴(205)通过轴承(211)与关节座(209)连接,并 与直流伺服电机(202)相连接,第一、第二、第三、第四被动式关节(16)、 (6)、(4)、(2)的上连杆(305)与关节座(306)固定连接,下连杆(301) 与关节轴(302)固接,并且关节轴(302)通过轴承(309)与关节座(306) 连接,并与角度传感器(308)相连接。
4、根据权利要求3所述的带有传感器的六关节机械臂,其特征在于:悬挂式转 盘(10)使随动导航臂绕子轴转动,主要由转轴(411),转盘止推轴承(405), 轴承座(406),角度传感器(408)组成,其中:转轴(411)由止推轴承(405) 与止推轴承座(406)支撑,而止推轴承座(406)由埋头螺钉(404)穿过连 接环固定在弯头(9)端面;转轴(411)上部连接角度传感器(408)的转轴, 下部由穿孔销(401)连接转盘(402),转盘通过螺钉(412)与随动导航臂 的二维位移传感器(11)固定连接。当随动导航臂受外力绕转盘(402)的轴 心转动时,其转角通过转轴(411)由角度传感器(408)以模拟量输出。
5、根据权利要求3所述的带有传感器的六关节机械臂,其特征在于:电动式关 节(12、14)由关节座(209),关节轴(205),轴承(211),直流伺服电机(202), 减速器(203),码盘(201)与电机座(210)器件组成,其中:关节座(209) 由固定销(207)连接在上连杆(208),而下连杆(204)通过轴销(206)连 接在关节轴(205)上,当伺服电机(202)通过减速器(203)驱动关节轴(205) 时,就使下连杆(204)相对上连杆(208)转动,其转角由码盘(201)测控。
6、根据权利要求3所述的带有传感器的六关节机械臂,其特征在于:被动式关 节(16、6、4、2)由关节座(306),关节轴(302),轴承(308),角度传感 器(309)与角度传感器座器件组成,其中:关节座(306)由固定销(304) 连接在上摆杆(305),而下摆杆(301)通过轴销(303)连接在关节轴(302) 上,当下摆杆(301)受外力相对上摆杆(305)转动时,其转角由角度传感 器(309)以模拟量输出。
7、根据权利要求3所述的带有传感器的六关节机械臂,其特征在于:二维位移 传感器(11)主要由滑轨(101)、滑块(102)、横向传感光耦对(108)、横向 传感挡光片(106)、连接螺栓(107)、高度传感光耦对(110)、高度传感挡光 片(111)及底座(103)外壳(116)、滑块连接板(117)、连杆(118)组成, 其中:高度传感光耦对(110)安装在高度传感光耦支架(111)上,后者用螺 钉安装在滑块轴套(112)上,滑块(102)上安装转轴(113),此转轴(113) 通过轴承(114)、及安装在底座(103)上的轴承支座(115)将滑块(102) 与滑轨(101)悬挂在底座(103)上,当连杆(118)受六关节机械臂上端第 一个摆杆(8)推动发生高度方向位移时,与连杆(118)连接的滑轨(101) 相对滑块(102)运动,安装在滑轨端部的高度传感挡光片(111)就相对安装 在滑块轴套(112)上的高度传感光耦对(110)移动,在移动量超过死区范围 时,此高度传感光耦对(110)就发出相应的高度位移信号;横向传感光耦对 (108)安装在底座(103)上,横向传感挡光片(106)安装在横向挡片转轴 (105)上,当连杆(118)受机械臂上端第一个摆杆(8)推动发生横向位移 时,与连杆(118)连接的滑轨(101)就拨动滑块(102)绕轴承支座(115) 上的轴承(114)转动,安装在滑轨端部的拨片(104)通过拨轴(109)就拨 动横向传感挡光片(106)使之相对安装在底座的横向光耦对(108)横向移 动,在移动量超过死区范围时,此横向光耦对就发出相应的横向位移信号。
8、根据权利要求3所述的带有传感器的六关节机械臂,其特征在于:六关节机 械臂采用电动关节与被动关节的转动轴相互垂直的相交组合方式,其中:当 电动关节1(12)与电动关节2(14)转动时,相应的机械臂末端探头座A(1) 产生x方向位移与高度z方向位移;当被动关节4(2)带动被动关节3(4) 与被动关节2(6)转动时,超声探头座(1)持超声探头在y方向位移。
9、根据权利要求3所述的带有传感器的六关节机械臂,其特征在于:六关节机 械臂采用悬挂在转盘(10)的结构方式,当探头座(1)持超声探头扫描时, 可带动转盘(10)转动,产生一个旋转三维坐标关系,在实现对病体进行全 方位扫描运动的同时,保持了机械臂各关系的相对坐标关系。
10、根据权利要求3所述的带有传感器的六关节机械臂,其特征在于:六关节 机械臂采用电动关节组与被动关节相配合的半主动结构模式,六关节机械臂 成为适合于持探头在病体扫描与立向导航的半主动工作臂,机械臂末端的探 头座持超声探头在病体探测时,被动关节2、3、4(6、4、2)随之转动,保 证探头扫描动作的柔顺性与灵便性;同时机械臂的二维位移传感器(11)测出 在探头扫描需要有高度z方向与x方向的位移时,则通过微机测控系统驱动电 动关节1、2(12、14)进行配合,保证六关节机械臂持探头进行扫描与导航 的随动性与全方位运动功能。
本发明涉及一种微波消融治疗肿瘤过程中的超声影像导航定位方法,尤其是 采用六关节机械臂直接测定超声探头的实时位置,据此进行肿瘤超声影像的三维 重构,对微创外科手术进行视觉导航的方法。
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