本發(fā)明涉及醫(yī)療機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種醫(yī)療機(jī)器人控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)在醫(yī)院對(duì)前臂骨折進(jìn)行正骨主要還是靠醫(yī)生進(jìn)行操作，一個(gè)醫(yī)生對(duì)前臂進(jìn)行牽引，另一位醫(yī)生進(jìn)行正骨，由于正骨時(shí)間比較長(zhǎng)，因此牽引的醫(yī)生會(huì)非常累，這樣就推動(dòng)了骨科牽引設(shè)備的產(chǎn)生。

目前，國(guó)內(nèi)外在小臂骨折治療自動(dòng)化方面的研究主要集中在智能化程度較高，甚至能完全替代醫(yī)生工作的全自動(dòng)化醫(yī)療機(jī)器人。但是這種機(jī)器人結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，安全保護(hù)措施少，可靠性不易保證，幾乎無(wú)法臨床應(yīng)用。

現(xiàn)有技術(shù)中，通常的骨科輔助牽引裝置有的利用轉(zhuǎn)輪帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)對(duì)患者手臂的牽引；有的利用機(jī)械式氣泵，通過(guò)手捏所述機(jī)械式氣泵調(diào)節(jié)可伸縮式氣缸的伸縮，以實(shí)現(xiàn)對(duì)患者手臂的牽引。上述骨科輔助牽引裝置的缺點(diǎn)是對(duì)患者手臂牽引所使用的力度不夠精準(zhǔn)，并且醫(yī)生在進(jìn)行正骨、接骨、打石膏等操作的同時(shí)還需要騰出手來(lái)調(diào)整牽引的力度，影響了醫(yī)生的治療。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種醫(yī)療機(jī)器人控制系統(tǒng)，以預(yù)先存儲(chǔ)的控制數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的動(dòng)作控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)患者進(jìn)行精確治療的目的。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種醫(yī)療機(jī)器人控制系統(tǒng)，技術(shù)方案如下：所述系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、微處理器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、觸摸屏、氣壓傳動(dòng)單元、機(jī)械執(zhí)行單元；

所述微控制器分別與所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、所述氣壓傳動(dòng)單元通信連接，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、所述氣壓傳動(dòng)單元均與醫(yī)療機(jī)器人的手指控制單元相連接；

所述機(jī)械執(zhí)行單元與所述醫(yī)療機(jī)器人的手指運(yùn)動(dòng)平臺(tái)相連接，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元用于控制所述機(jī)械執(zhí)行單元產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力，所述氣壓傳動(dòng)單元用于控制所述手指運(yùn)動(dòng)平臺(tái)產(chǎn)生拉伸力與夾持力；所述微控制器設(shè)置有一開(kāi)關(guān)單元，用于控制所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、所述氣壓傳動(dòng)單元的運(yùn)行狀態(tài)；用戶(hù)通過(guò)觸摸屏選擇所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中的相應(yīng)數(shù)據(jù)，所述微控制器通過(guò)讀取所述相應(yīng)數(shù)據(jù)控制所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、所述氣壓傳動(dòng)單元與所述機(jī)械執(zhí)行單元的運(yùn)行狀態(tài)。

可選的，所述觸摸屏用于設(shè)置所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元和所述氣壓傳動(dòng)單元的控制參數(shù)。

可選的，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)所述手指運(yùn)動(dòng)平臺(tái)產(chǎn)生拉拽力；采用拉力傳感器檢測(cè)所述拉拽力的大小，并將所述拉拽力的大小信號(hào)處理后反饋至所述處理器。

可選的，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元包括隔離電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，所述隔離電路、所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與所述隔離電路均與所述微控制器通信連接。

可選的，所述機(jī)械執(zhí)行單元包括用于產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及用于粗調(diào)所述手指運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，直流電機(jī)與所述齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接，所述齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、所述絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)均與所述手指運(yùn)動(dòng)平臺(tái)相連接。

可選的，所述氣壓傳動(dòng)單元包括氣源，所述氣源依次與油水分離器、調(diào)壓閥、油霧器相連通，所述油霧器分別與驅(qū)動(dòng)氣路、氣囊調(diào)整氣路相連通，所述驅(qū)動(dòng)氣路依次連通有五位三通閥、比例閥、氣缸，所述氣缸與所述手指運(yùn)動(dòng)平臺(tái)相連接；所述氣囊調(diào)整氣路依次連通有兩位三通閥、減壓閥、壓力表與氣囊；所述五位三通閥、所述兩位三通閥均與所述微控制器的第一可編程邏輯模塊通信連接，所述第一可編程邏輯模塊通過(guò)一數(shù)模接口與所述比例閥通信連接，所述數(shù)模接口與所述微控制器的串行總線相連接；所述比例閥與所述氣缸之間的所述驅(qū)動(dòng)氣路、所述壓力表與所述氣囊之間的氣囊調(diào)整氣路均與所述微控制器的模數(shù)接口通信連接。

可選的，所述控制系統(tǒng)還包括數(shù)字控制器，其特征在于，所述數(shù)字控制器對(duì)力反饋值進(jìn)行增量PI計(jì)算，輸出作為電流環(huán)的目標(biāo)值；所述數(shù)字控制器根據(jù)控制參數(shù)，電流環(huán)的目標(biāo)值和電流反饋值進(jìn)行增量PI計(jì)算，輸出作為所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的輸入根據(jù)所述輸入值，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元值直流伺服電機(jī)輸出給定轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)所述手指運(yùn)動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)力產(chǎn)生軸向拉拽力。

可選的，所述增量PI計(jì)算的公式為：

Δu(k)=Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k)

其中，所述Δu（k）為增量PI，Kp為所述增量PI計(jì)算時(shí)的比例系數(shù)，所述Ki為所述增量PI計(jì)算時(shí)的積分系數(shù)，所述e為輸入值和反饋值之間的差值，所述k為（1,2,3......）。

可選的，所述數(shù)字控制器還包括RS232接口電路，所述RS232接口電路塊與所述觸摸屏電氣性連接，所述RS232接口電路還用于反饋所述末端拉力傳感器數(shù)值的顯示信息。

可選的，所述拉力傳感器將檢測(cè)所述拉拽力的大小經(jīng)多通道采樣取平均值和數(shù)字濾波后反饋至所述數(shù)字控制器的反饋量。

應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例，所述系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、微處理器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、觸摸屏、氣壓傳動(dòng)單元、機(jī)械執(zhí)行單元；所述微控制器分別與所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、所述氣壓傳動(dòng)單元通信連接，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、所述氣壓傳動(dòng)單元均與醫(yī)療機(jī)器人的手指控制單元相連接；所述機(jī)械執(zhí)行單元與所述醫(yī)療機(jī)器人的手指運(yùn)動(dòng)平臺(tái)相連接，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元用于控制所述機(jī)械執(zhí)行單元產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力，所述氣壓傳動(dòng)單元用于控制所述手指運(yùn)動(dòng)平臺(tái)產(chǎn)生拉伸力與夾持力；所述微控制器設(shè)置有一開(kāi)關(guān)單元，用于控制所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、所述氣壓傳動(dòng)單元的運(yùn)行狀態(tài)；用戶(hù)通過(guò)觸摸屏選擇所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中的相應(yīng)數(shù)據(jù)，所述微控制器通過(guò)讀取所述相應(yīng)數(shù)據(jù)控制所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、所述氣壓傳動(dòng)單元與所述機(jī)械執(zhí)行單元的運(yùn)行狀態(tài)。以預(yù)先存儲(chǔ)的控制數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的動(dòng)作控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)患者進(jìn)行精確治療的目的。

當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品或方法必不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種醫(yī)療機(jī)器人控制系統(tǒng)示意圖。

圖2為數(shù)字控制器工作流程圖。

圖3為觸摸屏連接電路圖。

圖4為電機(jī)控制電路圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種醫(yī)療機(jī)器人控制系統(tǒng)示意圖，以下進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

參見(jiàn)圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種醫(yī)療機(jī)器人控制系統(tǒng)示意圖；系統(tǒng)可以包括：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、微處理器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、觸摸屏、氣壓傳動(dòng)單元、機(jī)械執(zhí)行單元；微控制器分別與電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、氣壓傳動(dòng)單元通信連接，電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、氣壓傳動(dòng)單元均與醫(yī)療機(jī)器人的手指控制單元相連接；機(jī)械執(zhí)行單元與醫(yī)療機(jī)器人的手指運(yùn)動(dòng)平臺(tái)相連接，電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元用于控制機(jī)械執(zhí)行單元產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力，氣壓傳動(dòng)單元用于控制手指運(yùn)動(dòng)平臺(tái)產(chǎn)生拉伸力與夾持力；微控制器設(shè)置有一開(kāi)關(guān)單元，用于控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、氣壓傳動(dòng)單元的運(yùn)行狀態(tài)；用戶(hù)通過(guò)觸摸屏選擇數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中的相應(yīng)數(shù)據(jù)，微控制器通過(guò)讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、氣壓傳動(dòng)單元與機(jī)械執(zhí)行單元的運(yùn)行狀態(tài)。處理器的型號(hào)可以是ATMEGA32，如圖3和4所示，分別與處理器的LED_ctr和電機(jī)控制芯片的輸出相連，電機(jī)控制芯片為L(zhǎng)V8548MC，電機(jī)與控制芯片的輸入端相連，輸出直接連接到處理器的引腳

進(jìn)一步地，觸摸屏用于設(shè)置電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元和氣壓傳動(dòng)單元的控制參數(shù)。

進(jìn)一步地，電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)手指運(yùn)動(dòng)平臺(tái)產(chǎn)生拉拽力；采用拉力傳感器檢測(cè)拉拽力的大小，并將拉拽力的大小信號(hào)處理后反饋至處理器。

進(jìn)一步地，電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元包括隔離電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，隔離電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與隔離電路均與微控制器通信連接。

隔離電路采用光電耦合器進(jìn)行設(shè)計(jì)，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路可以采用A/D轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行控制，具體的連接方式為現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實(shí)施例在此不對(duì)其進(jìn)行贅述。

進(jìn)一步地，機(jī)械執(zhí)行單元包括用于產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及用于粗調(diào)手指運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，直流電機(jī)與齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接，齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)均與手指運(yùn)動(dòng)平臺(tái)相連接。

進(jìn)一步地，氣壓傳動(dòng)單元包括氣源，氣源依次與油水分離器、調(diào)壓閥、油霧器相連通，油霧器分別與驅(qū)動(dòng)氣路、氣囊調(diào)整氣路相連通，驅(qū)動(dòng)氣路依次連通有五位三通閥、比例閥、氣缸，氣缸與手指運(yùn)動(dòng)平臺(tái)相連接；氣囊調(diào)整氣路依次連通有兩位三通閥、減壓閥、壓力表與氣囊；五位三通閥、兩位三通閥均與微控制器的第一可編程邏輯模塊通信連接，第一可編程邏輯模塊通過(guò)一數(shù)模接口與比例閥通信連接，數(shù)模接口與微控制器的串行總線相連接；比例閥與氣缸之間的驅(qū)動(dòng)氣路、壓力表與氣囊之間的氣囊調(diào)整氣路均與微控制器的模數(shù)接口通信連接。

進(jìn)一步地，控制系統(tǒng)還包括數(shù)字控制器，其特征在于，數(shù)字控制器對(duì)力反饋值進(jìn)行增量PI計(jì)算，輸出作為電流環(huán)的目標(biāo)值；數(shù)字控制器根據(jù)控制參數(shù)，電流環(huán)的目標(biāo)值和電流反饋值進(jìn)行增量PI計(jì)算，輸出作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的輸入根據(jù)輸入值，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元值直流伺服電機(jī)輸出給定轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)手指運(yùn)動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)力產(chǎn)生軸向拉拽力。

進(jìn)一步地，所述增量PI計(jì)算的公式為：

Δu(k)=Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k)

其中，所述Δu（k）為增量PI，Kp為所述增量PI計(jì)算時(shí)的比例系數(shù)，所述Ki為所述增量PI計(jì)算時(shí)的積分系數(shù)，所述e為輸入值和反饋值之間的差值，所述k為（1,2,3......）。

進(jìn)一步地，所述數(shù)字控制器還包括RS232接口電路，所述RS232接口電路塊與所述觸摸屏電氣性連接，所述RS232接口電路還用于反饋所述末端拉力傳感器數(shù)值的顯示信息。

進(jìn)一步地，所述拉力傳感器將檢測(cè)所述拉拽力的大小經(jīng)多通道采樣取平均值和數(shù)字濾波后反饋至所述數(shù)字控制器的反饋量。

參見(jiàn)圖2，圖2為數(shù)字控制器工作流程圖。具體包括：通過(guò)數(shù)字控制器獲取觸摸屏上的控制參數(shù)；數(shù)字控制器根據(jù)控制參數(shù)設(shè)定電機(jī)控制參數(shù)；數(shù)字控制器根據(jù)控制信息判斷直流電機(jī)是否受控；若是，數(shù)字控制器采讀取末端拉力傳感器反饋的拉力值和電流傳感器反饋的電流值；數(shù)字控制器根據(jù)控制參數(shù)，結(jié)合反饋的拉力值進(jìn)行增量PI計(jì)算，輸出作為電流環(huán)的目標(biāo)值；數(shù)字控制器根據(jù)控制參數(shù)，電流環(huán)的目標(biāo)值和電流反饋值進(jìn)行增量PI計(jì)算，輸出作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的輸入。

需要說(shuō)明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類(lèi)的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開(kāi)來(lái)，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

本說(shuō)明書(shū)中的各個(gè)實(shí)施例均采用相關(guān)的方式描述，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見(jiàn)即可，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處。尤其，對(duì)于裝置實(shí)施例而言，由于其基本相似于方法實(shí)施例，所以描述的比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見(jiàn)方法實(shí)施例的部分說(shuō)明即可。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述方法實(shí)施方式中的全部或部分步驟是可以通過(guò)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件來(lái)完成，所述的程序可以存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，這里所稱(chēng)得的存儲(chǔ)介質(zhì)，如：ROM/RAM、磁碟、光盤(pán)等。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。