[发明专利]具有人机协同功能的开颅手术机器人系统

权利要求书

1.一种具有人机协同功能的开颅手术机器人系统，包括人机协同控制器，其特征在于，所述人机协同控制器包括导纳控制单元、位置控制单元和力矩控制单元；所述导纳控制单元的输入为外部施加的力矩和关节当前角度位置，用于输出关节运动角度变化量；所述位置控制单元的输入为所述关节运动角度变化量，用于输出关节运动速度；所述力矩控制单元的输入为所述关节运动速度，用于产生关节电机力矩；其中，所述外部施加的力矩越大所述导纳控制单元产生的关节运动角度变化量越大。

2.根据权利要求1所述的具有人机协同功能的开颅手术机器人系统，其特征在于，还包括钻孔安全保护控制器，所述钻孔安全保护控制器的输入为钻/铣颅骨过程中钻孔力，当|F_钻n+1-F_钻n|＜α并且钻孔的深度达到预测值H时控制机器人停止钻孔方向的移动，其中，F_钻n+1为N+1时刻的钻孔力，F_钻n为N时刻的钻孔力，α为钻孔力的临界阈值。

3.根据权利要求1所述的具有人机协同功能的开颅手术机器人系统，其特征在于，还包括手术操作意图辨识控制器，所述手术操作意图辨识控制器的输入为执行器采集到的操作力，当dF＜0时，控制机器人沿着轨迹方向做加速运动，当dF＞0时，控制机器人沿着轨迹方向做减速运动，其中，表示操作力微分，F_合N+1表示N+1时刻的操作力信息，F_合N表示N时刻的操作力信息，T表示操作力的单位采集周期。

4.根据权利要求1所述的具有人机协同功能的开颅手术机器人系统，其特征在于，还包括安全边界控制器，所述安全边界控制器用于在非手术区域设定机器人运动空间范围保证机器人在限定的工作空间范围内自由拖动，当机器人离工作范围边界小于安全值时，控制机器人增加运动阻抗，当机器人到达边界值时，控制机器人停止运动。

5.根据权利要求1所述的具有人机协同功能的开颅手术机器人系统，其特征在于，还包括防碰撞控制器，所述防碰撞控制器的输入为关节力矩变化量，当突然有外在的冲击力时，控制机器人停止运动。

6.根据权利要求1所述的具有人机协同功能的开颅手术机器人系统，其特征在于，还包括防颤抖控制器，所述防颤抖控制器用于过滤操作者的手部抖动信息。