手术机器人的制作方法

1.本技术涉及医疗器械技术领域，具体而言，涉及一种手术机器人。


背景技术：

2.随着计算机、自动化等技术的发展，机器人在精度、可靠性、宜人性等方面都有了较大的提高，采用机器人去解决临床手术中的难点已经成为可能。
3.脊柱磨削机器人也可以称为脊柱手术机器人，已经应用于脊柱外科手术中，是一种可以辅助医生进行脊柱外科手术的设备。然而，相关技术中脊柱磨削机器人采集的信息较少，尤其是对末端动力工具的操作状态的采集信息不足，导致手术风险较高。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种手术机器人，对磨钻组件与骨组织产生的多维度信号进行分析，提高机器人在手术过程中的精确性和安全性。
5.本技术实施例提供了一种手术机器人，包括：控制器；机械臂，所述机械臂与所述控制器电连接；磨钻组件，所述磨钻组件设于所述机械臂的末端，用于作用于人体的骨组织；传感器组件，与所述控制器电连接，所述传感器组件设于所述机械臂的末端或所述磨钻组件上，用于采集所述磨钻组件作用于所述骨组织时产生的多维度信号，并将采集的所述多维度信号传输至所述控制器，所述控制器根据所述多维度信号控制所述机械臂执行动作；其中，所述多维度信号包括声音信号、振动信号、电流信号和力学信号中的至少两个。
6.在上述实现过程中，传感器组件与控制器电连接，磨钻组件在工作的过程中，传感器组件用于采集磨钻组件与骨组织产生的多维度信号，并将多维度信号传输至控制器，其中，采集的多维度信号至少包括声音信号、振动信号、电流信号和力学信号的至少两种，控制器通过分析传感器组件所传输的信号，来判断磨钻组件此时的工作状态，并控制机械臂执行动作，从而增加手术的安全性和精确度。
7.在一些实施例中，所述传感器组件包括声音传感器、电流检测传感器、振动传感器和压力传感器中的至少两个，所述声音传感器、所述电流检测传感器、所述振动传感器和所述压力传感器用于采集所述磨钻组件作用于所述骨组织时产生的所述声音信号、所述振动信号、所述电流信号和所述力学信号。
8.在上述实现过程中，通过设置多个传感器，用来采集磨钻组件作用在骨组织时产生的多维度信号，并且，采集的信号至少包括两种，将采集到的至少两种信号传输至控制器，控制器进行综合判断，从而控制机械臂执行动作，保证手术的安全性。
9.示例性的，在磨钻组件作用于骨组织时，传感器组件分别采集声音信号、振动信号、电流信号和力学信号，通过采集多种信号，提高手术机器人的安全性和精确性。
10.示例性的，声音传感器、电流检测传感器、振动传感器和压力传感器可以与控制器无线连接，将信号传输至控制器；也可以与控制器有线连接，将信号传输至控制器。
11.在一些实施例中，所述磨钻组件包括夹持座、磨钻和驱动机构，所述夹持座与所述
机械臂末端连接，所述夹持座设有安装孔，所述驱动机构位于所述夹持座内，所述磨钻的一端穿过所述安装孔与所述驱动机构相连，所述驱动机构用于驱动所述磨钻转动。
12.在上述实现过程中，夹持座与机械臂末端固定连接，夹持座开设有安装孔，驱动机构设置在夹持座内，磨钻通过安装孔与夹持座内驱动机构连接，为磨钻提供稳定的安装位置，另外，在机械臂工作时，驱动机构驱动磨钻转动，从而使磨钻与骨组织相接触，通过传感器组件采集多维度信号，从而确定磨钻所处于骨组织的具体位置。
13.示例性的，采集的振动信号主要是判断磨钻的振动情况，磨钻在遇到密度高的材料时，振幅会增大；采集的电流信号则是确定磨钻的电流功率；采集的力学信号则是判断磨钻的受力情况。通过传感器组件采集的多维度信号，可以确定磨钻处于骨组织的位置，以及是否穿透骨组织，能够区分磨钻处于软组织、皮质骨、松质骨、对侧皮质骨、对侧软组织等位置，从而保障手术安全。
14.示例性的，在夹持座内设置压力传感器，压力传感器用于采集磨削力信号，并对磨削力信号进行模数转换，控制器获取骨组织在磨钻作用下所产生的力学反馈，力学信号提高了机器人在手术操作时的安全性和精准度。
15.示例性的，电流检测传感器和振动传感器均设置在夹持座内，与磨钻连接，并用于分别检测磨钻在作用于骨组织时所产生的电流以及振幅，由于磨钻与夹持座连接，将电流检测传感器和振动传感器设置在夹持座内可以第一时间检测到磨钻所产生的信号。
16.示例性的，压力传感器、电流检测传感器和振动传感器均设置在机械臂的末端，机械臂末端与夹持座相连，并用于采集磨钻在作用骨组织时所产生的多维度信号，并将采集的信号传输至控制器。
17.在一些实施例中，当所述传感器组件包括声音传感器时，所述传感器组件还包括固定杆，所述固定杆与所述磨钻间隔设置，且所述固定杆的一端与所述机械臂的末端连接，另一端设置有所述声音传感器。
18.在上述实现过程中，当需要采集声音信号时，为了使声音传感器采集的声音信号无杂音，同时又可以保证声音信号的精确性，设置一个固定杆，且固定杆与磨钻间隔设置，固定杆的一端与夹持座连接，另一端设置声音传感器，保证声音传感器与磨钻之间处于一个较优距离，从而使得磨钻在作用于骨组织时，声音传感器可以实时采集声音信号，并将采集的声音信号传输至控制器，控制器通过声音信号，判断磨钻当前所处的位置，提高手术的安全性。
19.示例性的，磨钻在接触到不同骨组织结构产生的声音是不同的，可以通过声音传感器所采集的声音信号判断出当前的磨钻处于骨组织结构的哪一层，例如骨的外层皮质骨密度高，内层松质骨密度低，所以声音信号会有区别，通过判断磨钻作用于骨组织所产生的声音，从而确定磨钻的位置，保证手术的安全性。
20.示例性的，固定杆与磨钻之间的间距为两厘米，这样在不影响磨钻正常工作的情况下，也可以实时采集声音信号，同时，也提高所采集的声音信号的准确性。
21.在一些实施例中，所述固定杆的长度小于所述磨钻的长度。
22.在上述实现过程中，固定杆的长度小于磨钻长度，且固定杆一端的声音传感器与磨钻间隔设置，当磨钻作用于骨组织时，声音传感器可以第一时间采集产生的声音信号，使得采集的声音信号更加准确，避免声音信号在空气传播过长的时间导致采集的声音信号不
准确，从而影响控制器的判断结果。
23.在一些实施例中，还包括报警系统，所述报警系统与所述传感器组件相连，用于在所述传感器组件采集到所述多维度信号中的一者大于预设阈值时发出报警信号。
24.在上述实现过程中，机器人通过设置报警系统，可以实时保证手术的安全性，报警系统与传感器组件电连接，当传感器组件采集的的多维度信号中至少一种信号出现异常时，即大于阈值时，报警系统会发出报警信号，手术及时停止，避免机器人失控对患者造成更为严重的伤害。
25.示例性的，报警系统内设置有声音信号阈值、振动信号阈值、电流信号阈值和力学信号阈值，当磨钻作用于骨组织时，传感器组件所采集声音信号、振动信号、电流信号以及力学信号其中的一种信号大于对应信号的阈值时，说明磨钻此时处于危险状态，继续工作会对患者造成额外的损伤，报警系统发出报警信号，机械臂停止工作。
26.在一些实施例中，所述报警系统包括指示灯或者语音播报器。
27.在上述实现过程中，报警信号可以是语音播报，即机器人会发出报警声音，提示医生传感器组件所采集的多维度信号出现异样；也可以是通过指示灯，及时提醒医生，当然，也可以是两种方式同时进行，对医生进行提示。
28.在一些实施例中，还包括基座，所述基座与所述机械臂转动连接，所述控制器安装于所述基座内，并用于控制所述机械臂执行动作。
29.在上述实现过程中，通过设置基座，机械臂相对于基座转动连接，为机械臂提供稳定支撑作用，提高手术精度，另外，控制器设置在基座内，可以用来控制机械臂执行动作。
30.在一些实施例中，所述基座下端设置有多个万向轮。
31.在上述实现过程中，基座下面设置多个万向轮，方便移动，可以适用于不同的手术场景。
32.在一些实施例中，所述机械臂包括至少两个转动连接的摆动臂，至少两个所述摆动臂中的一者与所述基座转动连接，另一者的末端设有所述磨钻组件。
33.在上述实现过程中，机械臂包括至少两个摆动臂，其中一个摆动臂的一端与基座转动连接，另一端与另一个摆动臂的一端转动连接，而另一个摆动臂的末端与磨钻组件连接，机器人通过设置两个摆动臂，增加机械臂的工作范围，满足在手术过程中所需要的工作角度。
附图说明
34.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
35.图1为本技术实施例提供的一种手术机器人的结构示意图。
36.图标：1-机械臂；2-磨钻组件；21-磨钻；22-夹持座；3-声音传感器；4-固定杆；5-基座；6-万向轮；7-电流检测传感器；8-振动传感器；9-压力传感器。
具体实施方式
37.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行描述。
38.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
39.如图1所示，本技术实施例提供了一种手术机器人，包括：控制器；机械臂1，机械臂1与控制器电连接；磨钻组件2，磨钻组件2设于机械臂1的末端，用于作用于人体的骨组织；传感器组件，与控制器电连接，传感器组件设于机械臂1的末端或磨钻组件2上，用于采集磨钻组件2作用于骨组织时产生的多维度信号，并将采集的多维度信号传输至控制器，控制器根据多维度信号控制机械臂1执行动作；其中，多维度信号包括声音信号、振动信号、电流信号和力学信号中的至少两个。
40.在上述实现过程中，传感器组件与控制器电连接，磨钻组件2在工作的过程中，传感器组件用于采集磨钻组件2与骨组织产生的多维度信号，并将多维度信号传输至控制器，其中，采集的多维度信号至少包括声音信号、振动信号、电流信号和力学信号的至少两种，控制器通过分析传感器组件所传输的信号，来判断磨钻组件2此时的工作状态，并控制机械臂1执行动作，从而增加手术安全性和的精确度。
41.在一些实施例中，传感器组件包括声音传感器3、电流检测传感器7、振动传感器8和压力传感器9中的至少两个，声音传感器3、电流检测传感器7、振动传感器8和压力传感器9用于采集磨钻组件2作用于骨组织时产生的声音信号、振动信号、电流信号和力学信号。
42.在上述实现过程中，通过设置多个传感器，用来采集磨钻组件2作用在骨组织时产生的多维度信号，并且，采集的信号至少包括两种，将采集到的至少两种信号传输至控制器，控制器进行综合判断，从而控制机械臂1执行动作，保证手术的安全性。
43.示例性的，在磨钻组件2作用于骨组织时，传感器组件分别采集声音信号、振动信号、电流信号和力学信号，通过采集多种信号，提高手术机器人的安全性和精确性。
44.示例性的，声音传感器3、电流检测传感器7、振动传感器8和压力传感器9可以与控制器无线连接，将信号传输至控制器；也可以与控制器有线连接，将信号传输至控制器。
45.如图1所示，在一些实施例中，磨钻组件2包括夹持座22、磨钻21和驱动机构，夹持座22与机械臂1末端连接，夹持座22设有安装孔，驱动机构位于夹持座22内，磨钻21的一端穿过安装孔与驱动机构相连，驱动机构用于驱动磨钻21转动。
46.在上述实现过程中，夹持座22与机械臂1末端固定连接，夹持座22开设有安装孔，驱动机构设置在夹持座22内，磨钻21通过安装孔与夹持座22内驱动机构连接，为磨钻21提供稳定的安装位置，另外，在机械臂1工作时，驱动机构驱动磨钻21转动，从而使磨钻21与骨组织相接触，通过传感器组件采集多维度信号，从而确定磨钻21所处于骨组织的具体位置。
47.示例性的，采集的振动信号主要是判断磨钻21的振动情况，磨钻21在遇到密度高的材料时，振幅会增大；采集的电流信号则是确定磨钻21的电流功率；采集的力学信号则是判断磨钻21的受力情况。通过传感器组件采集的多维度信号，可以确定磨钻21处于骨组织的位置，以及是否穿透骨组织，能够区分磨钻21处于软组织、皮质骨、松质骨、对侧皮质骨、对侧软组织等位置，从而保障手术安全。
48.示例性的，在夹持座22内设置压力传感器9，压力传感器9用于采集磨削力信号，并
对磨削力信号进行模数转换，控制器获取骨组织在磨钻21作用下所产生的力学反馈，力学信号提高了机器人在手术操作时的安全性和精准度。
49.示例性的，电流检测传感器7和振动传感器8均设置在夹持座22内，与磨钻21连接，并用于分别检测磨钻21在作用于骨组织时所产生的电流以及振幅，由于磨钻21与夹持座22连接，将电流检测传感器7和振动传感器8设置在夹持座22内可以第一时间检测到磨钻21所产生的信号。
50.示例性的，压力传感器9、电流检测传感器7和振动传感器8均设置在机械臂1的末端，机械臂1末端与夹持座22相连，并用于采集磨钻21在作用骨组织时所产生的多维度信号，并将采集的信号传输至控制器。
51.如图1所示，在一些实施例中，当传感器组件包括声音传感器3时，传感器组件还包括固定杆4，固定杆4与磨钻21间隔设置，且固定杆4的一端与机械臂1的末端连接，另一端设置有声音传感器3。
52.在上述实现过程中，当需要采集声音信号时，为了使声音传感器3采集的声音信号无杂音，同时又可以保证声音信号的精确性，设置一个固定杆4，且固定杆4与磨钻21间隔设置，固定杆4的一端与夹持座22连接，另一端设置声音传感器3，保证声音传感器3与磨钻21之间处于一个较优距离，从而使得磨钻21在作用于骨组织时，声音传感器3可以实时采集声音信号，并将采集的声音信号传输至控制器，控制器通过声音信号，判断磨钻21当前所处的位置，提高手术的安全性。
53.示例性的，磨钻21在接触到不同骨组织结构产生的声音是不同的，可以通过声音传感器3所采集的声音信号判断出当前的磨钻21处于骨组织结构的哪一层，例如骨的外层皮质骨密度高，内层松质骨密度低，所以声音信号会有区别，通过判断磨钻21作用于骨组织所产生的声音，从而确定磨钻21的位置，保证手术的安全性。
54.示例性的，固定杆4与磨钻21之间的间距为两厘米，这样在不影响磨钻21正常工作的情况下，也可以实时采集声音信号，同时，也提高所采集的声音信号的准确性。
55.在一些实施例中，固定杆4的长度小于磨钻21的长度。
56.在上述实现过程中，固定杆4的长度小于磨钻21长度，且固定杆4一端的声音传感器3与磨钻21间隔设置，当磨钻21作用于骨组织时，声音传感器3可以第一时间采集产生的声音信号，使得采集的声音信号更加准确，避免声音信号在空气传播过长的时间导致采集的声音信号不准确，从而影响控制器的判断结果。
57.在一些实施例中，还包括报警系统，报警系统与传感器组件相连，用于在传感器组件采集到多维度信号中的一者大于预设阈值时发出报警信号。
58.在上述实现过程中，机器人通过设置报警系统，可以实时保证手术的安全性，报警系统与传感器组件电连接，当传感器组件采集的的多维度信号中至少一种信号出现异常时，即大于阈值时，报警系统会发出报警信号，手术及时停止，避免机器人失控对患者造成更为严重的伤害。
59.示例性的，报警系统内设置有声音信号阈值、振动信号阈值、电流信号阈值和力学信号阈值，当磨钻21作用于骨组织时，传感器组件所采集声音信号、振动信号、电流信号以及力学信号其中的一种信号大于对应信号的阈值时，说明磨钻21此时处于危险状态，继续工作会对患者造成额外的损伤，报警系统发出报警信号，机械臂1停止工作。
60.在一些实施例中，报警系统包括指示灯或者语音播报器。
61.在上述实现过程中，报警信号可以是语音播报，即机器人会发出报警声音，提示医生传感器组件所采集的多维度信号出现异样；也可以是通过指示灯，及时提醒医生，当然，也可以是两种方式同时进行，对医生进行提示。
62.在一些实施例中，还包括基座5，基座5与机械臂1转动连接，控制器安装于基座5内，并用于控制机械臂1执行动作。
63.在上述实现过程中，通过设置基座5，机械臂1相对于基座5转动连接，为机械臂1提供稳定支撑作用，提高手术精度，另外，控制器设置在基座5内，可以用来控制机械臂1执行动作。
64.在一些实施例中，基座5下端设置有多个万向轮6。
65.在上述实现过程中，基座5下面设置多个万向轮6，方便移动，可以适用于不同的手术场景。
66.在一些实施例中，机械臂1包括至少两个转动连接的摆动臂，至少两个摆动臂中的一者与基座5转动连接，另一者的末端设有磨钻组件2。
67.在上述实现过程中，机械臂1包括至少两个摆动臂，其中一个摆动臂的一端与基座5转动连接，另一端与另一个摆动臂的一端转动连接，而另一个摆动臂的末端与磨钻组件2连接，机器人通过设置两个摆动臂，增加机械臂1的工作范围，满足在手术过程中所需要的工作角度。
68.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。
69.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
70.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。