一种医疗机器人模块化控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种医疗机器人模块化控制系统，其包括有总线以及连接于所述总线的：电源模块；通信模块，用于与外部设备建立通信并采集模拟信号；I/O模块；导航模块，集成有RC控制器，且用于实现RC控制和激光导航功能；电缸驱动模块；电机驱动模块；通信模块内集成有MCU控制器，MCU控制器和RC控制器组成主控单元，所述主控单元与所述I/O模块和导航模块通过所述总线进行数据传输，所述主控单元通过所述总线向所述I/O模块、电缸驱动模块和电机驱动模块发送控制指令，以令所述电缸驱动模块、电机驱动模块和外部执行设备分别执行相应动作。本发明专利技术具有兼容性好、集成度高、应用灵活、节省空间、接线简单、系统资源的利用率高、节省成本等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种医疗机器人模块化控制系统及方法
本专利技术涉及医疗机器人，尤其涉及一种医疗机器人模块化控制系统及方法。
技术介绍
半个多世纪以来，当工业机器人技术日趋成熟并成为机器人应用市场主流的时候，医疗健康机器人技术也得到全世界的关注，并取得了区域性进展。为满足人类对医疗健康手段和过程提出的精准、微创、高效及低成本等方面的更高需求，以及对人口老龄化及对医疗资源需求的增长，需进一步提高核心技术。我国在康复/辅助机器人
已经取得了一些突破和进展，但这些机器人系统离临床应用还有一定的差距，手术和康复机器人系统的性能、集成度、兼容性、安全性及可靠性等方面仍需进一步的改善与提高。目前，医疗辅助/机器人采用的系统架构一般为：操控手柄+集成处理器+驱动器+电机/电缸等外设。例如：捷昌驱动的JCB35E控制器系列，集成了主控制器及推杆驱动器，支持6路推杆输出，内置了备用电池、及充电器，可外部链接操作器及推动杆，实现了蓝牙通信、IO控制、记忆功能、LCD显示、防水相关技术，可用于自动医疗护理床等产品开发。虽然这种结构的控制系统结构简单，成本低，但仍存在以下技术缺点：1、系统拓展能力不足：医疗机器人控制系统应具有灵活的扩展能力，根据不同的产品功能需求增加或删减相应的接口及资源；2、不便于产品调试或系统升级：在保证系统硬件及电器结构不变的基础上，控制系统应便于研发人员持续开发。3、集成度低、体积较大：控制器设备由于防护等级需求，会为电器设备做防水措施，导致设备体积大，接线及电器工艺繁琐。4、兼容性差、防水成本高：一种控制器无法满足多种医疗产品的功能需求，若针对各种产品订做专用的控制器，会增加防水成本。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种兼容性好、集成度高、应用灵活、节省空间、接线简单、系统资源的利用率高、节省成本的医疗机器人模块化控制系统及方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案。一种医疗机器人模块化控制系统，其包括有总线以及连接于所述总线的：电源模块，用于向所述总线提供电源信号；通信模块，用于与外部设备建立通信并采集模拟信号；I/O模块，用于连接外部指令输入设备和外部执行设备；导航模块，集成有RC控制器，且用于实现RC控制和激光导航功能；电缸驱动模块，用于驱动电缸执行进退动作；电机驱动模块，用于驱动电机运转；所述通信模块内集成有MCU控制器，所述MCU控制器和RC控制器组成主控单元，所述主控单元与所述I/O模块和导航模块通过所述总线进行数据传输，所述主控单元通过所述总线向所述I/O模块、电缸驱动模块和电机驱动模块发送控制指令，以令所述电缸驱动模块、电机驱动模块和外部执行设备分别执行相应动作。优选地，所述总线包括有电源总线和数据总线。优选地，所述电源总线用于传输动力电和控制电，所述数据总线包括有CAN总线和485总线。优选地，所述主控单元与所述I/O模块、导航模块、电缸驱动模块和电机驱动模块通过所述CAN总线传输数据，所述主控单元通过所述485总线实现多机通信、程序下载及软件更新。优选地，所述电缸驱动模块用于驱动4路电缸运动。优选地，所述电机驱动模块用于驱动2路直流无刷或有刷电机运转。优选地，所述主控单元与所述I/O模块、导航模块、电缸驱动模块和电机驱动模块之间采用板对板连接器直连。优选地，所述主控单元包括有RC控制器和MCU控制器。一种医疗机器人模块化控制方法，该方法基于一系统实现，所述系统包括有总线以及连接于所述总线的电源模块、通信模块、I/O模块、导航模块、电缸驱动模块和电机驱动模块，所述通信模块内集成有MCU控制器，所述MCU控制器和RC控制器组成主控单元，所述方法包括：利用所述电源模块向所述总线提供电源信号，以供所述通信模块、I/O模块、导航模块、电缸驱动模块和电机驱动模块上电，所述主控单元与所述I/O模块和导航模块通过所述总线建立通信，且由所述通信模块与外部设备建立通信并采集模拟信号，再利用所述I/O模块连接外部指令输入设备和外部执行设备，并基于所述导航模块实现RC控制和激光导航功能，所述主控单元对其接收的数据进行处理后，通过所述总线向所述I/O模块、电缸驱动模块和电机驱动模块发送控制指令，以令所述电缸驱动模块、电机驱动模块和外部执行设备分别执行相应动作。优选地，所述总线包括有电源总线和数据总线，所述电源总线用于传输动力电和控制电，所述数据总线包括有CAN总线和485总线，所述主控单元与所述I/O模块、导航模块、电缸驱动模块和电机驱动模块通过所述CAN总线传输数据，所述主控单元通过所述485总线实现多机通信、程序下载及软件更新。本专利技术公开的医疗机器人模块化控制系统中，当所述电源模块提供电源后系统上电，所述主控单元与所述I/O模块和导航模块通过所述总线建立通信，再通过所述通信模块与外部设备建立通信并采集模拟信号，利用所述I/O模块连接外部指令输入设备和外部执行设备，在运动控制过程中通过所述导航模块实现RC控制和激光导航功能，所述主控单元对其接收的数据进行处理后，通过所述总线向所述I/O模块、电缸驱动模块和电机驱动模块发送控制指令，所述电缸驱动模块和电机驱动模块根据其接收的控制指令分别执行相应动作。相比现有技术而言，本专利技术采用模块化结构，可通过添加或删减功能模块的方式满足不同产品的设计需求，进而提高系统的兼容性和灵活性，同时本专利技术将通信、IO、采集、驱动等功能集成在一起，使得系统性能和集成度大幅度提升，基于上述特性，有助于本专利技术系统实现小型化、轻量化设计，不仅节省空间、节省，而且接线简洁，因此适合在医疗机器人设备中推广应用。附图说明图1为本专利技术医疗机器人模块化控制系统的组成框图；图2为电源总线的结构示意图；图3为数据总线的结构示意图；图4为本专利技术医疗机器人模块化控制系统的物理层结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作更加详细的描述。本专利技术公开了一种医疗机器人模块化控制系统，请参照图1，其包括有总线1以及连接于所述总线1的：电源模块2，用于向所述总线1提供电源信号；该电源模块2集成了电池和电量监控板卡，可为系统提供动力电、控制电，并结合电量监控板卡提供电量监控、电池充放电、系统急停及上电逻辑管理等功能；通信模块3，用于与外部设备建立通信并采集模拟信号；所述通信模块3集成了外部通讯功能，可提供多种通信接口及多路模拟量采集接口，如：RS232、RS485和I2C接口，而且包括12位多路A/D采集接口；I/O模块4，用于连接外部指令输入设备和外部执行设备；所述I/O模块4可提供多路光耦隔离输入、输出，可实现医疗产品中的手柄控制、零位及限位检测等，此外，I/O模块4还预留了用于抱闸控制的多路抱闸接口；导航模块5，集成有RC控制器，且用于实现RC控制和激光导航功能；该导航模块5采用高性能处理器，可提供多种高速及无线通信接口，如：CAN、Ethernet、USB本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种医疗机器人模块化控制系统，其特征在于，包括有总线(1)以及连接于所述总线(1)的：/n电源模块(2)，用于向所述总线(1)提供电源信号；/n通信模块(3)，用于与外部设备建立通信并采集模拟信号；/nI/O模块(4)，用于连接外部指令输入设备和外部执行设备；/n导航模块(5)，集成有RC控制器，且用于实现RC控制和激光导航功能；/n电缸驱动模块(6)，用于驱动电缸执行进退动作；/n电机驱动模块(7)，用于驱动电机运转；/n所述通信模块(3)内集成有MCU控制器，所述MCU控制器和RC控制器组成主控单元，所述主控单元与所述I/O模块(4)和导航模块(5)通过所述总线(1)进行数据传输，所述主控单元通过所述总线(1)向所述I/O模块(4)、电缸驱动模块(6)和电机驱动模块(7)发送控制指令，以令所述电缸驱动模块(6)、电机驱动模块(7)和外部执行设备分别执行相应动作。/n

【技术特征摘要】
1.一种医疗机器人模块化控制系统，其特征在于，包括有总线(1)以及连接于所述总线(1)的：
电源模块(2)，用于向所述总线(1)提供电源信号；
通信模块(3)，用于与外部设备建立通信并采集模拟信号；
I/O模块(4)，用于连接外部指令输入设备和外部执行设备；
导航模块(5)，集成有RC控制器，且用于实现RC控制和激光导航功能；
电缸驱动模块(6)，用于驱动电缸执行进退动作；
电机驱动模块(7)，用于驱动电机运转；
所述通信模块(3)内集成有MCU控制器，所述MCU控制器和RC控制器组成主控单元，所述主控单元与所述I/O模块(4)和导航模块(5)通过所述总线(1)进行数据传输，所述主控单元通过所述总线(1)向所述I/O模块(4)、电缸驱动模块(6)和电机驱动模块(7)发送控制指令，以令所述电缸驱动模块(6)、电机驱动模块(7)和外部执行设备分别执行相应动作。


2.如权利要求1所述的医疗机器人模块化控制系统，其特征在于，所述总线(1)包括有电源总线(10)和数据总线(11)。


3.如权利要求2所述的医疗机器人模块化控制系统，其特征在于，所述电源总线(10)用于传输动力电和控制电。


4.如权利要求3所述的医疗机器人模块化控制系统，其特征在于，所述数据总线(11)包括有CAN总线和485总线。


5.如权利要求1所述的医疗机器人模块化控制系统，其特征在于，所述主控单元与所述I/O模块(4)、导航模块(5)、电缸驱动模块(6)和电机驱动模块(7)通过所述CAN总线传输数据，所述主控单元通过所述485总线实现多机通信、程序下载及软件更新。


6.如权利要求1所述的医疗机器人模块化控制系统，其特征在于，所述电缸驱动模块(6)用于驱动4路电缸运动。


7.如权利要求1所述的医疗机器人模块化控制系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲道奎，邹风山，栾显晔，宛月，刘世昌，宋宇宁，
申请(专利权)人：沈阳新松机器人自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21