[发明专利]一种眼科显微手术辅助双臂机器人操作系统

说明书

一种眼科显微手术辅助双臂机器人操作系统，它涉及一种双臂机器人操作系统。本发明为了解决现有的手术器械需要从巩膜刺入点刺入患者的眼球内部时，存在手术操作的精准度和稳定性差的问题。本发明的主手术台位于双操作臂机器人之间，且主手术台的下部与双操作臂机器人的基座连接为一体，3D视频显微装置吊装在双操作臂机器人中间部位的上方，脚踏切换开关通过柔性线缆和拖链与3D视频显微装置和双操作臂机器人连接；双操作臂机器人包括主操作臂和副操作臂，主操作臂和副操作臂对称布置。通过物理交互认知技术和自主规划技术实现机器人摇杆操作、自主操作、手持操作三种作业模式，通过对各作业方式的优化配置来实现。本发明用于眼底显微手术。

技术领域

本发明涉及一种双臂机器人操作系统，具体涉及一种眼科显微手术辅助双臂机器人操作系统。

背景技术

在传统的眼科显微手术中，主刀医生通过手持眼科器械在显微镜下完成相应的精细操作，由于眼球的体积较小、眼球组织构造精细且脆弱，所以，眼科显微手术要求医生有着极高的手眼协调能力和对精细操作的感知能力。较高的手术难度使得患者容易因术中的微小创伤产生术后并发症，其中，对眼球内的组织如晶状体后囊膜、角膜内皮、晶状体悬韧带、视网膜黄斑区等精细构造处的操作一旦出现错误，甚至会对患者视力造成无法弥补的医源性伤害。

近年来，随着医疗机器人的快速发展，医疗机器人相对于人的高精确度、高稳定性等特点，为患者提供了更加安全高效的手术解决方案。但是，由于人眼视力有限，操纵手术刀精确移动范围有限，况且手持手术刀时，人手不可抑制的生理震颤造成眼科显微手术精准度稳定性变差。因此，现有的手术器械需要从巩膜刺入点刺入患者的眼球内部时，存在手术操作的精准度和稳定性差的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的手术器械需要从巩膜刺入点刺入患者的眼球内部时，存在手术操作的精准度和稳定性差的问题。通过交互力信息实现机器人对医生意图的理解以及对意外碰撞的辨识，从而在高质完成眼科手术微米级精准操作的同时，实现手术的高效性和安全性。最终提供一种眼科显微手术辅助双臂机器人操作系统。

本发明的技术方案是：通过物理交互认知技术和自主规划技术实现机器人摇杆操作、自主操作、手持操作三种作业模式，通过对各作业方式的优化配置来实现。一种人机协作型眼科显微手术辅助机器人系统操作方法作业方式，包括以下操作步骤：

步骤一：粗摆位阶段—手持操作模式；

在眼科显微手术的粗摆位阶段，采用手持模式手动拖动双操作臂机器人的末端执行器，通过六维力传感器感知力的方向，控制双操作臂机器人移动，实现对手术末端执行器的粗略位姿调整；

步骤二：精摆位阶段—摇杆操作模式；

踩下脚踏切换开关，借助3D显微装置，利用主刀医生控制面板上的摇杆，使手术注射器进入患者眼部巩膜上的孔膜中，并在副操作臂上的光源的照明下进行手术注射器的姿态调整，对准病灶的位置；

步骤三：药物注射—自主操作和摇杆操作模式；

手术执行器直线导轨模块动作，使得手术注射器依次穿过巩膜、脉络膜、房水，到达视网膜上血管处，借助自主模式下的基于FBG光纤光栅的微力传感器，监测出手术注射器已插入血管内，进而完成药物的注射，最后收回手术注射器，进行相应的手术后期处理，至此完成眼科显微手术辅助双臂机器人系统的手术。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1、本发明基于3D视频显微和实时传输技术，改善了既往显微镜操作模式下对医生的约束，便于显微手术机器人系统实现多种手术的共享操作，拓展了眼科手术中的远程指导和实时手术直播教学功能；通过对双臂机器人的合理构型和相应控制机理的综合创成，实现对眼科显微手术机器人的精准定位和人机协作性能，消除了人的生理极限对眼科手术术式的限制，拓展治疗手段；基于人与机器人深度融合的人机协作理念，设计机器人通过自主、手持、摇杆操作三种工作模式实现物理交互引导下的高效人机协同机制。