[发明专利]机器人安全边界控制装置及方法、电子设备和存储介质

说明书

本公开涉及一种机器人安全边界控制装置及方法、电子设备和存储介质，所述装置包括：机械臂，包括操作端和末端，所述操作端用于接收操作动作，使得所述末端在圆锥区域内运动；控制组件，用于接收尺寸参数，并根据所述尺寸参数确定圆锥区域的范围；根据机械臂的结构信息，以及操作动作的动作参数，确定末端当前的第一位置；在末端的第一位置到达圆锥区域的边界的情况下，将机械臂末端的运动轨迹限制为环绕圆锥区域的边界。根据本公开的实施例的机器人安全边界控制装置，控制组件可在机械臂末端到达圆锥区域边界时，将机械臂末端的运动轨迹限制为围绕圆锥区域的边界，可防止机械臂末端超出圆锥区域的边界，造成过度磨挫。

技术领域

本公开涉及医疗仪器技术领域，尤其涉及一种机器人安全边界控制装置及方法、电子设备和存储介质。

背景技术

人工关节置换是目前治疗晚期骨关节炎的最有效手段。该手术需要将患者体内已发生病变的股骨头取出，并安装上相应的髋臼垫块假体。安装假体前，必须将人体的髋臼窝进行磨削，直至符合髋臼假体的外形尺寸，再将髋臼杯放入髋臼窝内。

在相关技术中，在髋关节置换手术中，医生手持带有磨搓设备对髋臼进行研磨，该手术为人工操作，研磨效果的不确定性较大，例如，受医生用力大小、方向、角度等因素的影响较大，或受医生的专业知识和经验的影响较大。在研磨过程中，容易出现研磨用力过度、研磨深度不足、偏心研磨导致错失正常解剖位、磨搓头滑移导致研磨不均等。因此，研磨结果与植入的假体不匹配的概率较高，如果该不匹配现象发生，则会引起患者疼痛、运动功能康复不良的症状，即，引起手术效果不佳。

相比于人工磨削，通过关节置换手术机器人的机械臂可以做到更精准的磨削，并提高假体植入的精准度。当前通过机器人进行磨削的核心难点在于操作中力的反馈与控制，机械臂末端在髋臼磨挫过程中难以控制，导致过度磨挫，将髋臼窝穿破，损伤目标解剖结构以外的韧带、软组织神经等结构，或者磨挫不到位，未能充分显露真髋臼底。

发明内容

基于上述因素，本公开能够辅助医生研磨出位置恒定且曲率单一的半球形，提高磨搓加工的加工精度，提升髋臼与假体的匹配度，并使机械臂在工作过程中可控，提升医生和患者的安全性。

本公开提出了一种机器人安全边界控制装置及方法、电子设备和存储介质。

根据本公开的一方面，提供了一种机器人安全边界控制装置，包括：机械臂和控制组件，所述机械臂包括操作端和末端，所述操作端用于接收操作动作，使得所述末端在圆锥区域内运动，所述控制组件用于：接收上位机预设的尺寸参数，并根据所述尺寸参数，确定所述圆锥区域的范围；根据所述机械臂的结构信息，以及所述操作端接收的操作动作的动作参数，确定所述末端当前的第一位置；在所述末端的第一位置到达所述圆锥区域的边界的情况下，将所述机械臂末端的运动轨迹限制为环绕所述圆锥区域的边界。

在一种可能的实现方式中，根据所述机械臂的结构信息，以及所述操作端接收的操作动作的动作参数，确定所述末端当前的第一位置，包括：根据所述机械臂的结构信息，确定所述机械臂的操作端和末端之间的位置关系；根据所述动作参数，确定所述操作端的第二位置；根据所述机械臂的操作端和末端之间的位置关系以及所述操作端的第二位置，确定所述末端当前的第一位置。

在一种可能的实现方式中，所述装置还包括受力传感器，设置在靠近所述操作端的位置，在所述末端的第一位置到达所述圆锥区域的边界的情况下，将所述末端的运动轨迹限制为环绕所述圆锥区域的边界，包括：根据所述受力传感器检测到的第一受力参数以及所述尺寸参数，确定所述机械臂末端沿圆锥区域的边界切向的切向力以及沿圆锥区域的边界法向的法向力；将所述法向力设置为零，以使得机械臂末端的运动轨迹为环绕所述圆锥区域的边界。

在一种可能的实现方式中，所述控制组件还用于：确定所述法向力设置为零后所述末端的第三受力参数；根据所述第三受力参数，确定所述受力传感器处的第四受力参数，以使机械臂的操作端沿切向运动。