[发明专利]一种六自由度管理平台远程操作控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种六自由度管理平台远程操作控制系统。

背景技术

脊柱穿刺是神经科临床常用的检查方法之一，既可用于诊断又可用于治疗，其操作简单易行，也较为安全。为了安全有效地实施这项操作，医师需了解腰椎穿刺的禁忌症、相关的解剖学和最大程度减少并发症发生危险的方法。了解腰椎穿刺的适应症、禁忌症和正确的操作方法，可将危险发生率降至最低。

目前医生在进行手术穿刺的时候，由于经常在X光线下进行穿刺虽然时间短，但是多次的积累下还是会吃大量的X光线，对医生的身体健康造成很大的影响，在X光线的手术引导下，在远程进行遥操作穿刺可以使得医生避免这个害处，整个系统的控制精度与所选型的运动部件和对应的加工零件精度相关。

发明内容

基于现有技术存在需要医生直接操作无法进行遥控制的问题，本发明提出了一种六自由度管理平台远程操作控制系统，能够实现实时远程控制，在医生控制下调整穿刺角度且避免医生经常暴露在X光线下，有助于保护医生的身体健康。

本发明提供了一种六自由度管理平台远程操作控制系统，包括微控制器、上位机、穿刺电机、驱动与外部扩展电路、遥操作设备、电压转换与整形电路和管理平台，所述微控制器与所述上位机通过以太网连接，所述微控制器向所述驱动与外部扩展电路输出管理与步进电机驱动信号，所述微控制器通过控制局域网络与所述穿刺电机连接，所述驱动与外部扩展电路和所述电压转换与整形电路通讯连接，所述电压转换与整形电路与所述管理平台通讯连接，所述遥操作设备与所述上位机通讯连接；所述电压转换与整形电路对六自由度管理平台控制信号进行转换与滤波，以保证运动的稳定性，并使用ADC数模转换将运动的位置信息反馈给上位机，来进行运动闭环控制与运动监控；所述驱动与外部扩展电路对控制信号进行整合以便于整体的输出。

进一步地，所述六自由度管理平台使用TCP/LWIP通信协议，所述上位机能够与所述微控制器进行快速的信息交换，以满足实时控制要求。

进一步地，所述管理平台向所述微控制器发送位置反馈信号。

进一步地，在收到外部控制信息时，所述管理平台向所述微控制器发送位置反馈信号会发生外部中断。

进一步地，所述遥操作设备向所述上位机发送位姿信息。

进一步地，所述驱动与外部扩展电路向力传感器供电，所述力传感器信号经过模数转换后传输至所述微控制器。

进一步地，所述驱动与外部扩展电路向步进电机驱动器发送步进电机速度与方向控制信号，所述步进电机驱动器的数量为至少两个。

进一步地，所述电源系统向所述驱动与外部扩展电路供电。

进一步地，所述电源系统向所述驱动与外部扩展电路供电的电压为12V或5V。

进一步地，所述电源系统向步进电机驱动器供电。

进一步地，所述电源系统向步进电机驱动器供电的电压为24V。

本发明的有益效果在于，本发明提出了一种六自由度管理平台远程操作控制系统，能够实现实时远程控制，在医生控制下调整穿刺角度且避免医生经常暴露在X光线下，有助于保护医生的身体健康。该系统适用于所有类管理(Steward)运动平台的远程实时控制系统，基于以太网通信技术与微控制器底层控制技术，在上位机电脑使用运动学算法将外部的要操作设备运动信息进行解码，将控制信息通过以太网在固定的时间内(10ms以内)，发送给微控制器并生成控制信息，使用驱动与外部扩展电路以及电压转换和整形电路对机构运动进行实时随动控制。

附图说明

图1为本发明一种六自由度管理平台远程操作控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方案作进一步地描述。

如图1所示，本发明提供了一种六自由度管理平台远程操作控制系统，包括微控制器、上位机、穿刺电机、驱动与外部扩展电路、遥操作设备、电压转换与整形电路和管理平台，微控制器与上位机通过以太网连接，微控制器向驱动与外部扩展电路输出管理与步进电机驱动信号，微控制器通过控制局域网络与穿刺电机连接，驱动与外部扩展电路和电压转换与整形电路通讯连接，电压转换与整形电路与管理平台通讯连接，遥操作设备与上位机通讯连接；电压转换与整形电路对六自由度管理平台控制信号进行转换与滤波，以保证运动的稳定性，并使用ADC数模转换将运动的位置信息反馈给上位机，来进行运动闭环控制与运动监控；驱动与外部扩展电路对控制信号进行整合以便于整体的输出。