一種基于六自由度工業機械臂的治療床控制裝置的制作方法

本實用新型屬于醫療機械設備技術領域，主要涉及到用于手術治療中的一種基于六自由度工業機械臂的治療床控制裝置。

背景技術：

目前，醫療電子機械設備的發展對先進治療技術的發展起到了巨大的幫助，但是在某些治療方式中還有很大的改進空間。例如在針對腫瘤的治療技術方面，放射治療法是一種最為有效的治療手段之一，在醫生對病人進行放射治療時，一般需要將病人先從病床上轉移到手推車后再運送至放射治療室，再將其送上放射治療床板上，最后啟動設備通過治療床將病人送達治療儀（放射治療加速器）下的指定位置進行放療。然而現有的放射治療床裝置大多都是一個距離放射主機較近，只能在一個較小范圍內實現水平或縱向移動的長方體，故在進行傳送病人時，會出現空間狹小影響醫務人員操作等情況。例如中國專利CN 102872541 A公開的一種放射治療床裝置，利用智能機械臂將病人連同治療床面放置到加速器室內預定的治療位置，并采用視覺跟蹤系統可以保證病人定位的精度，在一定的情況上解決了影響醫生站位的問題，提高了工作效率和昂貴加速器使用效率。但該方案在一些特殊環境下，特別是在治療床傳送過程中由于放射治療室的空間有限而容易造成機械臂與四周環境碰撞或機械臂和床板間相撞的情況，從而給病人帶來嚴重的影響，有進一步改進的必要。

技術實現要素：

本實用新型旨在解決上述問題，提出了一種基于六自由度工業機械臂的治療床控制裝置，在進行病人運載傳送時可以很好的解決傳送空間不足、傳送時防止發生碰撞事故等問題，且工作效率高、定位精確、操作簡便。

為了達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是：一種基于六自由度工業機械臂的治療床控制裝置。包括：

一個六自由度工業機器人，承載病人的治療床板，治療床控制系統。

所述六自由度工業機器人的外圍安裝有防觸碰保護罩；所述承載病人的治療床板邊沿設置有防碰撞傳感器；所述治療床控制系統包括：治療床控制器、人機交互系統、工業機器人控制柜。

本實用新型設計了，所述六自由度工業機器人安裝于一根固定滑動導軌上，六自由度工業機械臂的外圍都安裝有防觸碰保護罩；組成所述六自由度工業機器人的底座機械臂的外圍安裝有第一防觸碰保護罩；腰部機械臂的外圍安裝有第二防觸碰保護罩；大臂機械臂的外圍安裝有第三防觸碰保護罩；小臂機械臂的外圍安裝有第四防觸碰保護罩；其腕部兩根機械臂的外圍分別安裝有第五防觸碰保護罩和第六防觸碰保護罩；組成所述六自由度工業機器人的每個機械臂表面以均布的方式安裝有支撐彈簧，每個支撐彈簧的一端與機械臂相連，另一端與防觸碰保護罩相連，且在每個支撐彈簧與機械臂連接的位置處都設置有電子開關器件，用于檢測防觸碰保護罩是否被觸及，從而對機械臂進行防碰撞保護。

本實用新型設計了，所述承載病人的治療床板的床板邊沿均布有防碰撞傳感器，防碰撞傳感器連線通過位于床板邊沿凹槽內的排線盒固定于床板四周。

本實用新型設計了，所述治療床控制系統，考慮到目前工業機器人的控制系統的功能比較成熟，控制系統硬件和配套軟件相對完善，故治療床控制系統硬件包括有：治療床控制器、人機交互系統、工業機器人控制柜；所述治療床控制器通過工業總線與工業機器人控制柜進行通訊連接，并留有與外界其他控制系統連接的通訊接口，用于實現治療床的外部控制，提高了治療床控制系統的效率和穩定性，且成本較低，可擴展性和靈活性較高。

本實用新型設計了，所述治療床控制系統軟件包括有：信息采集模塊、自動控制模塊、手動控制模塊、復位控制模塊、顯示報警模塊；所述信息采集模塊能即時采集到治療過程中治療床的運行狀況信息，并傳送給治療床控制器；所述自動控制模塊具有運動軌跡自動修復功能，能快速排除故障；操作人員可在手動控制模塊下對治療床進行前后、左右、上下、俯仰、旋轉的運動控制；所述復位控制模塊設置有一鍵復位按鍵，能快速準確地將治療床返回到初始位置；所述顯示報警模塊設置有顯示器、揚聲器和報警燈。

與現有技術相比，本實用新型具有以下優點：

通過使用安裝于滑動導軌上的六自由度工業機械臂的治療床將病人運送至手術治療指定的治療點，解決了運行空間小、影響醫務人員操作的問題，同時機械臂防觸碰保護罩和設置于床板邊沿的防碰撞傳感器，對治療的整個運送過程起到了良好的實時保護作用。其運行系統為具有實時監控保護功能的治療床控制系統，通過治療床控制器與工業機器人控制柜實現信息交換，充分地利用了工業機器人控制柜優良的運動控制性能從而間接地對六自由度工業機械臂治療床進行控制，具有較高的定位精度。該六自由度工業機械臂的治療床控制裝置結構緊湊、可擴展性強，具有運動控制精度高、運行安全平穩的優勢，能在最小空間內實現最大化的性能，大大地提高了手術治療的工作效率和安全性。

附圖說明

圖1是本實用新型中所述六自由度工業機器人1的結構示意圖。

圖2是本實用新型中所述六自由度工業機械臂治療床的整體結構示意圖。

圖3是本實用新型中所述底座機械臂第一防觸碰保護罩的安裝結構示意圖。

圖4是本實用新型中的六自由度工業機械臂治療床初始位置1示意圖。

圖5是本實用新型中的六自由度工業機械臂治療床初始位置2示意圖。

圖6是本實用新型中的承載病人的放射治療床板的示意圖。

圖7是本實用新型中的承載病人的放射治療床板床腳處的局部放大示意圖。

圖8是本實用新型中的治療床控制系統的結構示意圖。

圖9是本實用新型中的具有實時監控保護的控制系統軟件模塊圖。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案做進一步詳細、清楚地描述。

實施例一，

如圖1至圖9所示，一種基于六自由度工業機械臂的治療床控制裝置，包括：

一個六自由度工業機器人1，承載病人的放療床板2，治療床控制系統3。

如圖1所述，所述六自由度工業機器人1的底座機械臂11安裝于一根位于放射治療加速器下的固定滑動導軌4上，增大了治療床可達空間。

如圖2所述，所述組成六自由度工業機器人1的底座機械臂11的外圍安裝有第一防觸碰保護罩21；腰部機械臂12的外圍安裝有第二防觸碰保護罩22；大臂機械臂13的外圍安裝有第三防觸碰保護罩23；小臂機械臂14的外圍安裝有第四防觸碰保護罩24；腕部兩根機械臂15、16的外圍分別安裝有第五防觸碰保護罩25和第六防觸碰保護罩26。

如圖3所示，所述底座機械臂11表面以均布的方式安裝有支撐彈簧9，支撐彈簧9的一端與底座機械臂11相連接，另一端與第一防觸碰保護罩21相連接，并且在每個支撐彈簧9與底座機械臂11連接的位置處都設置有電子開關器件8與信息采集模塊131連接，當治療床運動過程中所述第一防觸碰保護罩21發生觸碰時，傳感器開關8發出響應，所述六自由度工業機械臂治療床將自動停止運行，并發出預警等待修復，起到實時保護作用，所述其他各機械臂的防觸碰保護罩的安裝方式與此相同。

如圖6所示，所述承載病人的治療床板2的對角線中心位置與六自由度工業機器人1的腕部機械臂16連接，且設置有中心定位裝置150與信息采集模塊131連接，及時傳輸治療床板的當前位置信息。

如圖6所示，所述承載病人的治療床板2的床板邊沿均布有防碰傳感器7，所用防碰撞傳感器7為超聲波傳感器（包括：第一超聲波傳感器7-1、第二超聲波傳感器7-2、第三超聲波傳感器7-3、第四超聲波傳感器7-4、第五超聲波傳感器7-5、第六超聲波傳感器7-6、第七超聲波傳感器7-7、第八超聲波傳感器7-8、第九超聲波傳感器7-9）都與信息采集模塊131連接，可及時收集到治療床板與四周環境的位置狀況，配以分別安裝于治療室內相對的墻角處的兩個CCD攝像頭對治療床的運動狀況進行監控，保證治療床板運行過程中的安全性。

如圖7所示，所述承載病人的治療床板2的邊沿設置有凹槽，凹槽內安裝排線盒6將防碰撞傳感器7的連接線固定于床板四周，起到既美觀又避免了治療時出現照射陰影的效果。

如圖8所示，所述治療床控制系統3硬件包括有：治療床控制器31、人機交互系統32、工業機器人控制柜33；所述治療床控制器31通過基于以太網TCP/IP工業總線與工業機器人控制柜33進行通訊連接，并留有與外界其他控制系統連接的通訊接口，用于實現治療床的外部控制；通過外接的計算機系統和人機交互系統32進行操作編程向治療床控制31傳達操作信息，進而向工業機器人控制柜33發送控制信息，最終向六自由度工業機器人1發送控制指令，并及時對六自由度工業機器人1的運行位置信息和移動數據進行采集，反饋顯示于人機交互系統32的顯示器上，實現了實時操控，提高了治療床控制系統的效率和穩定性，且成本較低，可擴展性和靈活性較高，完全能夠滿足此種基于六自由度工業機械臂的治療床的運行要求。

如圖9所示，所述治療床控制系統3軟件包括有：信息采集模塊131、自動控制模塊132、手動控制模塊133、復位控制模塊134、顯示報警模塊135；所述信息采集模塊131能即時采集到治療過程中治療床的運行狀況信息、位置信息、傳感器反饋的信息、CCD攝像頭圖像信息等、傳送給治療床控制器31，顯示于人機交互系統觸摸屏中；所述自動控制模塊132具有運動軌跡自動修復功能，能快速排除故障，當治療床在運行時突然出現碰撞情況，傳感器立即響應停止治療床的移動，自動控制模塊快速運行識別發生碰撞的過程，緩慢執行逆運動分離碰撞，重新規劃自動修復運行路線；或通過操作人員可在手動控制模塊133下對治療床進行前后、左右、上下、俯仰、旋轉的運動控制，可將治療床運行到預想的位置，通過改變治療床的位置、角度達到一個最理想的治療效果；所述復位控制模塊134設置有一鍵復位按鍵，治療床的初始位置根據病人的病情狀況設置平躺和站立式兩種上床模式，通過一件復位按鍵能快速準確地將治療床返回到想要的初始位置下；所述顯示報警模塊135設置有顯示器、揚聲器和報警燈，當治療床在發生碰撞時可以通過三種方式及時地提醒操作人員有緊急情況發生，能更好的引起操作人員的注意，將誤操作的可能減小到最低。

采用本技術方案所具有的優點為：通過使用安裝于滑動導軌上的六自由度工業機械臂的治療床將病人運送至放射手術治療指定的治療點，解決了運行空間小、影響醫務人員操作的問題，同時機械臂防觸保護罩和設置于床板邊沿的防碰撞傳感器，對放療的整個運送過程起到了良好的實時保護作用。其運行系統為具有實時監控保護功能的治療床控制系統，通過治療床控制器與工業機器人控制柜實現信息交換，充分地利用了工業機器人控制柜優良的運動控制性能從而間接地對六自由度工業機械臂進行控制，并且所有的控制操作和治療床板的運行狀況、信息參數都可以通過人機交互系統的觸摸屏進行實現和反饋，具有外觀簡潔而美觀，功能強大而完善等特點。該六自由度工業機械臂的治療床控制裝置結構緊湊、可擴展性強，具有運動控制精度高、運行安全平穩的優勢，能在最小空間內實現最大化的性能，大大地提高了手術治療的工作效率和安全性。