一种可对生物体表及下方组织进行物理作用的机器人系统

1.本技术属于医疗机器人技术领域，具体涉及一种可对生物体表及下方组织进行物理作用的机器人系统。


背景技术：

2.生物体表及下方的组织常因不同目的而需要借助各种物理作用对其进行形态和/或性质改变。如在皮肤疾病的治疗中，可以通过激光、射线、粒子等物理作用手段，对病变组织进行形态和/或性质改变。目前在实际应用上，往往是操作人员通过肉眼或专业工具对形态和/或性质需要被改变的生物体表及下方组织进行观察，进而操作仪器进行处理，并根据处理效果对仪器参数进行实时调整。然而，由于手工操作精度较低，这种方法无法准确控制最终的处理效果。


技术实现要素：

3.本技术提出了一种可对生物体表及下方组织进行物理作用的机器人系统，通过多级运动装置对需要物理作用的目标进行精准定位；通过多种信息采集手段，重建出生物体表或下方组织，计算出需要进行形态和/或性质改变的区域的位置；利用相关的物理作用手段使生物体表及下方组织产生形态和/或性质改变。
4.为实现上述目的，本技术提供了如下方案：
5.一种可对生物体表及下方组织进行物理作用的机器人系统，包括计算机控制系统、运动系统、执行模块和生物体放置台；
6.所述生物体放置台用于放置待处理的生物体；
7.所述运动系统用于带动所述执行模块运动至量测位置和物理作用位置，所述量测位置为所述执行模块能够对所述生物体的待处理部位进行量测及成像的空间位置，所述物理作用位置为所述执行模块能够对所述生物体的待处理部位进行物理作用的空间位置，所述待处理部位包括所述生物体的体表和体内；
8.所述执行模块用于对所述待处理部位进行量测和扫描成像，得到所述待处理部位的待处理信息，以及所述待处理部位进行物理改变处理，所述待处理信息包括形态信息和性质信息，所述物理改变处理包括形态改变处理和性质改变处理；
9.所述计算机控制系统用于根据所述待处理信息，确定物理作用方案，并控制所述执行模块对所述待处理部位进行所述物理改变处理。
10.可选的，所述执行模块包括固定板、量测及成像单元、体表物理作用单元和体内物理作用单元；
11.所述量测及成像单元、所述体表物理作用单元和所述体内物理作用单元均安装在所述固定板上；
12.所述量测及成像单元用于对所述待处理部位进行量测和扫描成像，得到所述待处理部位的所述待处理信息；
13.所述体表物理作用单元用于在所述计算机控制系统的控制下对位于体表的待处理部位进行所述物理改变处理；
14.所述体内物理作用单元用于在所述计算机控制系统的控制下对位于体内的待处理部位进行所述物理改变处理。
15.可选的，当所述待处理部位位于所述生物体的体表时，所述计算机控制系统控制所述运动系统带动所述执行模块运动至所述物理作用位置，并控制所述体表物理作用单元对所述待处理部位进行所述物理改变处理；
16.当所述待处理部位位于所述生物体的体内时，所述计算机控制系统控制所述运动系统带动所述执行模块运动至所述物理作用位置，并控制所述体内物理作用单元对所述待处理部位进行所述物理改变处理；
17.当所述待处理部位位于所述生物体的体表和体内时，所述计算机控制系统控制所述运动系统带动所述执行模块运动至所述物理作用位置，并控制所述体表物理作用单元和所述体内物理作用单元在同一时刻分别对体内和体表的所述待处理部位进行所述物理改变处理。
18.可选的，所述物理改变处理的方法包括激光、粒子和射线中的一种或多种。
19.可选的，所述量测及成像单元包括三维空间形态扫描装置、体表下成像装置、体内成像装置、二维成像装置和测距装置；
20.所述三维空间形态扫描装置用于对所述待处理部位进行三维扫描，得到三维扫描数据；
21.所述体表下成像装置用于基于所述三维扫描数据对位于体表的待处理部位进行成像；
22.所述体内成像装置用于基于所述三维扫描数据对位于体内的待处理部位进行成像；
23.所述二维成像装置用于基于所述三维扫描数据所述待处理部位的体表进行成像；
24.所述测距装置用于测定位于体内的所述待处理部位与体表的距离。
25.可选的，所述体表物理作用单元包括甲物理作用发生器、甲物理作用传递介质和体表物理作用装置；
26.所述体表物理作用装置与所述固定板连接；
27.所述甲物理作用发生器用于在所述计算机控制系统的控制下，通过所述甲物理作用传递介质和所述体表物理作用装置，对所述待处理部位进行所述物理改变处理。
28.可选的，所述体内物理作用单元包括乙物理作用发生器、乙物理作用传递介质和体内物理作用装置；
29.所述体内物理作用装置与所述固定板连接；
30.所述乙物理作用发生器用于在所述计算机控制系统的控制下，通过所述乙物理作用传递介质和所述体内物理作用装置，对所述待处理部位进行所述物理改变处理。
31.可选的，所述运动系统包括直线运动模块、旋转框、伸缩模块和微调模块；
32.所述直线运动模块、所述旋转框、所述伸缩模块和所述微调模块顺次连接，所述执行模块与所述微调模块连接；
33.所述直线运动模块用于带动所述旋转框、所述伸缩模块和所述微调模块沿所述生
物体放置台作直线运动；
34.所述旋转框、所述伸缩模块和所述微调模块用于带动所述执行模块进行局部空间位置调整，使所述执行模块运动至所述量测位置和所述物理作用位置。
35.本技术的有益效果为：本技术公开了一种可对生物体表及下方组织进行物理作用的机器人系统，通过机器人代替手动操作，实现物理作用处理生物体表或下方组织过程的自动化；可以高精度地对生物体表及下方组织实现物理作用处理；适应性强，可应用于多种物理作用技术手段(例如激光、粒子、射线等)。
附图说明
36.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1为本技术实施例本实施例一种可对生物体表及下方组织进行物理作用的机器人系统的整体结构示意图；
38.图2为本技术实施例中执行模块整体结构示意图；
39.图3为本技术实施例中生物体放置台的机构示意图；
40.图4为本技术实施例中直线运动模块的结构示意图；
41.图5为本技术实施例中旋转框的结构示意图；
42.图6为本技术实施例中微调模块的结构示意图。
43.附图标记说明
44.1、计算机控制系统；2、直线运动模块；3、旋转框；4、生物体放置台；5、伸缩模块；6、微调模块；7、执行模块；8、甲物理作用发生器；9、甲物理作用传递介质；10、乙物理作用发生器；11、乙物理作用传递介质；201、直线运动单元；202、直线运动单元连接板；203、齿轮驱动电机；204、联轴器；205、轴；206、齿轮；207、牵引架；301、外齿圈；302、承载架；303、圆形导轨滑块；304、圆形导轨；401、平台；402、甲直线导轨；403、甲直线导轨滑块；404、乙直线导轨；405、乙直线导轨滑块；601、甲旋转电机支架；602、甲旋转电机；603、甲电机连接件；604、乙旋转电机支架；605、乙旋转电机；606、乙电机连接件；701、固定板；702、体表物理作用装置；703、体内物理作用装置；704、三维空间形态扫描装置；705、体表下成像装置；706、体内成像装置；707、二维成像装置；708、测距装置。
具体实施方式
45.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
46.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。
47.一种可对生物体表及下方组织进行物理作用的机器人系统，主要包括四大部分：计算机控制系统1、运动系统、执行模块7和生物体放置台4。在本实施例中，生物体放置台4
用于放置待处理的生物体。运动系统用于带动执行模块7运动至量测位置和物理作用位置，在本实施例中，量测位置为执行模块7能够对生物体的待处理部位进行量测及成像的空间位置，物理作用位置为执行模块7能够对生物体的待处理部位进行物理作用的空间位置，待处理部位包括生物体的体表和体内。执行模块7用于对待处理部位进行量测和扫描成像，得到待处理部位的待处理信息，以及待处理部位进行物理改变处理，在本实施例中，待处理信息包括形态信息和性质信息，物理改变处理包括形态改变处理和性质改变处理。其中，形态改变处理，是指通过所述物理作用，使组织的形状、体积、状态等外观属性发生变化，例如通过物理作用使组织消失。性质改变处理，是指通过所述物理作用，使组织的活性、对其他组织的附着性等内部属性发生变化，例如通过物理作用使组织发生坏死。计算机控制系统1用于根据待处理信息，确定物理作用方案，并控制执行模块7对待处理部位进行物理改变处理。
48.下面对各个部分做详细介绍，如图1所示，为本实施例的整体结构示意图。
49.执行模块7是对生物体进行物理作用的主要部件，包括固定板701，及安装在固定板上的量测及成像单元、体表物理作用单元和体内物理作用单元。
50.具体的，量测及成像单元用于对待处理部位进行量测和扫描成像，得到待处理信息。体表物理作用单元用于在计算机控制系统1的控制下对位于体表的待处理部位进行物理改变处理。体内物理作用单元用于在计算机控制系统1的控制下对位于体内的待处理部位进行物理改变处理。
51.鉴于执行模块7的功能组成，计算机控制系统1需要满足执行模块7的功能操作，包括定位、扫描、分析、成像等，并根据这些数据对待处理部位进行体表、体内、或者体表+体内的物理处理。
52.具体的，当待处理部位位于生物体的体表时，计算机控制系统1控制运动系统带动执行模块7运动至物理作用位置，并控制体表物理作用单元对待处理部位进行物理改变处理；
53.当待处理部位位于生物体的体内时，计算机控制系统1控制运动系统带动执行模块7运动至物理作用位置，并控制体内物理作用单元对待处理部位进行物理改变处理；
54.当待处理部位位于生物体的体表和体内时，计算机控制系统1控制运动系统带动执行模块7运动至物理作用位置，并控制体表物理作用单元和体内物理作用单元共同对待处理部位进行物理改变处理。
55.在本实施例中，物理改变处理的方法包括激光、粒子和射线中的一种或多种。
56.相应的，在本实施例中，量测及成像单元包括三维空间形态扫描装置704、体表下成像装置705、体内成像装置706、二维成像装置707和测距装置708。如图2所示。
57.具体的，三维空间形态扫描装置704用于对待处理部位进行三维扫描，得到三维扫描数据；体表下成像装置705基于该三维扫描数据对位于体表的待处理部位进行成像；体内成像装置706基于该三维扫描数据对位于体内的待处理部位进行成像；二维成像装置707基于该三维扫描数据对待处理部位的体表进行成像；测距装置708用于测定位于体内的待处理部位与体表的距离。例如，体表下成像装置705可采用光学断层成像等体表下成像方式，三维空间形态扫描装置704可采用结构光、双目视觉、激光扫描等三维空间形态成像方式，体内成像装置706可采用磁共振成像、计算机断层扫描等体内成像方式，二维成像装置707
可采用可见光成像装置、红外成像装、其他光谱成像装置等二维成像方法，测距装置708可采用激光测距、红外测距、超声波测距、微波雷达测距等测距方式。同时也可根据具体需求，采用一种单个、一种多个、多种单个、多种多个装置。
58.体表物理作用单元具体由甲物理作用发生器8、甲物理作用传递介质9和体表物理作用装置702组成，体内物理作用单元包括乙物理作用发生器10、乙物理作用传递介质11和体内物理作用装置703；其中，体表物理作用装置702和体内物理作用装置703与固定板701连接，甲物理作用发生器8和甲物理作用传递介质9、乙物理作用发生器10和乙物理作用传递介质11可以根据实际情况并不安装于固定板701上，只要甲物理作用发生器8能够在计算机控制系统1的控制下，通过甲物理作用传递介质9向体表物理作用装置702传递物理作用手段，以及乙物理作用发生器10能够在计算机控制系统1的控制下，通过乙物理作用传递介质11向体内物理作用装置703传递物理作用手段，对待处理部位进行物理改变处理即可。在本实施例中，并不限定体表物理作用单元和体内物理作用单元的具体装置类型，完全可以根据量测及成像单元得到的待处理部位的待处理信息，包括形态信息和性质信息，计算机控制系统1可据此制定物理处理方案，然后选择相适应的体表物理作用单元和体内物理作用单元的具体装置类型，各物理作用装置，可以垂直或以给定角度，通过激光、粒子和射线中的一种或多种，包括一种单个、一种多个、多种单个、多种多个等不同方式，对体表、体内、或者体表+体内的待处理部位进行物理改变处理。
59.计算机控制系统1通过线缆连接或无线传输的方式，和各运动模块中的驱动件、成像装置、扫描装置、测距装置、物理作用发生器等进行数据与信号的交换。系统其余各组成部分之间也存在必要的线缆或无线传输方式连接。
60.为了能够使执行模块7精准定位，需要能够在空间中灵活移动的运动系统，以便带动执行模块7实现不同方位但精准的定位。为此，本实施例中的运动系统分为了三大部分：位于生物体放置台4下方的直线运动模块2，位于生物体放置台4两侧的旋转框3，位于生物体放置台4上方的伸缩模块5和微调模块6。直线运动模块2、旋转框3、伸缩模块5和微调模块6顺次连接，执行模块7与微调模块6连接；直线运动模块2用于带动旋转框3、伸缩模块5和微调模块6沿生物体放置台4作直线运动；旋转框3、伸缩模块5和微调模块6用于带动执行模块7进行局部空间位置调整，使执行模块7运动至量测位置和物理作用位置。
61.下面详细介绍各个运动机构的组成方式：
62.生物体放置台作为整套设备的基准，生物体放置台的平台401固定在指定位置，平台401两侧装有甲直线导轨402、乙直线导轨404。如图3所示。
63.直线运动模块2中，直线运动单元201固接在指定位置，直线运动单元连接板202安装在直线运动单元201的移动端；齿轮驱动电机203固定在直线运动单元连接板202上，其外伸轴通过联轴器204与装有齿轮206的轴205连接；牵引架207的一端安装在直线运动单元连接板202上。直线运动单元201可根据具体需求选取不同的驱动形式(如电机丝杠单元、直线电机、液压驱动、形状记忆合金、介电弹性体等功能材料驱动装置)，实现直线运动。如图4所示。
64.旋转框3中，圆形导轨304固定在牵引架207的另一端，同时与甲直线导轨滑块403、乙直线导轨滑块405连接，使圆形导轨304可沿着甲直线导轨402、乙直线导轨404移动；外齿圈301上装有承载架302，且承载架302与圆形导轨滑块303连接，令外齿圈301与齿轮206啮
合，则承载架302可沿着圆形导轨304转动。如图5所示。
65.伸缩模块5固定在承载架302上。伸缩模块5可根据具体需求选取不同的机械结构(如螺旋伸缩机构、平行四边形铰接伸缩机构、伸缩臂等)，实现伸缩运动。
66.微调模块6中，甲旋转电机602、乙旋转电机605分别安装在甲旋转电机支架601、乙旋转电机支架604上，甲旋转电机支架601固接在伸缩模块5的移动端，乙旋转电机支架604通过甲电机连接件603与甲旋转电机602的外伸轴连接。微调模块6可根据具体需求选取不同的机械结构，实现两个不同方向上的旋转运动。如图6所示。
67.最后，执行模块7中的执行装置固定板701通过乙电机连接件606与乙旋转电机605的外伸轴连接，这样，就可以在多级运动调整方式下，对待处理部位精确定位，保证物理处理的效果。
68.以上各处连接，可采用螺纹、焊接、铆接等方式。
69.本机器人系统的工作过程可简述如下：
70.机器人系统上电，待处理的生物体固定在工作区域内，操作人员通过计算机发送指令，在各运动模块的带动下，预先选定的成像装置、扫描装置、测距装置对生物体表及下方组织形态和/或性质信息进行数据采集，将获得的数据传送给计算机，计算机通过对收集的数据重建以得到生物体表及下方组织的空间分布形态和/或性质，确定待处理区域的位置，规划处理路径。打开物理作用发生器，各运动模块使物理作用装置沿着规划路径运动，通过物理作用待处理区域体表及下方的组织形态和/或性质发生改变。待体表及下方组织的形态和/或性质改变成预期效果，关闭物理作用发生器，令所有的运动模块恢复至初始位置，等待下次工作。
71.以上所述的实施例仅是对本技术优选方式进行的描述，并非对本技术的范围进行限定，在不脱离本技术设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本技术的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本技术权利要求书确定的保护范围内。