CN219763533U - 一种便携式机械手导航精度测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种便携式机械手导航精度测试装置，包括光学定位跟踪仪、球形钻头、承载基板和探测光模组；所述球形钻头可拆卸地设置于所述机械手上；所述承载基板上设置有一个承载组件和多个反光标识点，所述承载组件上设置有标准参考球；所述探测光模组包括光线发射器件和光线接收器件，所述光线发射器件用于发出探测光线，所述光线接收器件用于接收反射回来的探测光线。基于球形钻头、承载基板、反光标识点、标准参考球、光线发射器件和光线接收器件等组件，借助光学定位跟踪仪和探测光模组，通过对比球形钻头和标准参考球的坐标之间的差值确定机械手的导航误差，实现对机械手导航的精度进行测试，能够满足日常精度测试和设备调教。

Description

一种便携式机械手导航精度测试装置

技术领域

本实用新型涉及医疗设备技术领域，涉及一种机械手导航精度测试装置，尤其涉及一种方便携带、操作便利的用于测量机械手的导航精度测试装置。

背景技术

本技术方案中的“机械手”，指的是手术机械手臂，通常具有 X移动、Y移动、Z移动、X转动、Y转动和Z转动六个自由度，通过接受外部指令精确地定位到三维空间或二维平面上的某一点进行作业，相比于医生手动操作，具有稳定性、可靠性、安全性出众等优点，在对精度要求不是特别高的应用场景下，如种植牙手术，通过机械手实施手术的可操作性非常高，能够很好保证治疗效果。

为了确保机械手能够按照设定路径实施手术在达到预期治疗效果，在手术开始前，需要对机械手进行精度测试，只有通过精度测试的系统才能直接应用于临床，否则不单单难以取得预期治疗效果，反而还可能因为精度问题而造成医疗事故。一般而言，现有技术中多采用激光跟踪仪来测试机械手导航精度，这样的测试方式能够确保测试结果的可靠性，但由于设备体积巨大而在适用场景上存在限制，多数仅在设备出厂时使用。业界亟需开发一种便携式精度测试装置，以便满足日常精度测试和设备调教。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种便携式机械手导航精度测试装置，通过较为简单的装置实现对机械手导航的精度进行测试，能够满足日常使用中的精度测试和设备调教。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种便携式机械手导航精度测试装置，包括光学定位跟踪仪，所述导航精度测试装置还包括：

球形钻头，所述球形钻头可拆卸地设置于所述机械手上；

承载基板，所述承载基板上设置有一个承载组件和多个反光标识点，所述承载组件上设置有标准参考球；

探测光模组，所述探测光模组包括光线发射器件和光线接收器件，所述光线发射器件用于发出探测光线，所述光线接收器件用于接收反射回来的探测光线。

与现有技术相比，本技术方案的有益效果是：基于球形钻头、承载基板、反光标识点、标准参考球、光线发射器件和光线接收器件等组件，借助光学定位跟踪仪和探测光模组，通过对比球形钻头和标准参考球的坐标之间的差值确定机械手的导航误差，以较为简单的装置实现对机械手导航的精度进行测试，能够满足日常精度测试和设备调教。

进一步地，所述探测光模组还包括支撑外壳，所述光线发射器件和所述光线接收器件固定设置于所述支撑外壳的内部；所述支撑外壳上设置有多个通光孔，所述光线发射器件和所述光线接收器件一一对应朝向各自通光孔。

采用上述方案的有益效果是：将光线发射器件和光线接收器件设置于支撑外壳的内部，将光线发射器件和光线接收器件与外界隔绝开来，保护本装置内部器件免受损害和干扰。

进一步地，所述支撑外壳为方形盒状结构，所述承载基板为方形板状结构；所述支撑外壳固定设置于所述承载基板的一侧，多个所述反光标识点固定设置于所述承载基板的另一侧。

采用上述方案的有益效果是：上述结构设置，使得本装置的结构更加科学紧凑，同时确保反光标识点能够在光学定位跟踪仪的配合下实现实时定位功能。

进一步地，所述反光标识点设置有4个，所述承载基板设置有4个圆形凹槽，所述圆形凹槽内贴设有回归反射膜而形成所述反光标识点。

采用上述方案的有益效果是：采用贴设回归反射膜的方式形成反光标识点，能够简化本装置的结构，而将回归反射膜贴设于圆形凹槽内，则有助于避免在安装的过程中因人为操作问题而导致回归反射膜出现位置偏移问题。

进一步地，所述承载基板和所述支撑外壳均为铝合金结构。

采用上述方案的有益效果是：采用铝合金结构作为承载基板和支撑外壳，能够在减轻本装置重量的同时确保强度。

进一步地，所述光线发射器件为光栅投射仪，所述光线接收器件为图像传感器，所述光线发射器件设置有一个，所述光线接收器件设置有两个；所述光线发射器件设置于所述支撑外壳的中央，两个所述光线接收器件对称设置于所述光线发射器件的两侧。

采用上述方案的有益效果是：通过光栅投射仪发出结构光，再通过两个图像传感器接收反射回来的结构光，能够更精确地确定球形钻头和标准参考球的空间位置，使得精度测试结果更加可靠。

进一步地，所述机械手上设置有竖向安装孔和横向固定孔，所述横向固定孔内设置有固定螺栓；所述球形钻头上还设置有钻头连接杆，所述钻头连接杆的侧面形成有固定平面，所述球形钻头通过所述钻头连接杆插接于所述竖向安装孔内，所述固定螺栓抵接于所述固定平面。

采用上述方案的有益效果是：通过竖向安装孔、横向固定孔、钻头连接杆、固定平面和固定螺栓等结构之间的配合，使得机械手和球形钻头之间能够实现可拆卸连接，便于在测试完成后装上钻头实施手术。

进一步地，所述承载组件包括球体支撑座和连接固定杆，所述球体支撑座和所述连接固定杆均为圆杆状结构；

所述球体支撑座和所述连接固定杆首尾相连，所述标准参考球设置于所述球体支撑座远离所述连接固定杆的端部；

所述承载基板上开设有连接通孔，所述连接通孔的内径与所述连接固定杆的外径相等，所述连接通孔沿周向开设有第一导向坡，所述连接固定杆上远离所述球体支撑座的端部沿周向开设有第二导向坡。

采用上述方案的有益效果是：承载组件通过球体支撑座与标准参考球固定连接，通过连接固定杆配合连接通孔与承载基板固定连接，再配合第一导向坡和第二导向坡，能够便于连接固定杆和连接通孔之间的精准对接配合。

进一步地，所述球形钻头和所述钻头连接杆为一体成型结构，所述标准参考球、所述球体支撑座和所述连接固定杆为一体成型结构。

采用上述方案的有益效果是：一体成型结构的结构能够进一步简化本装置。

进一步地，所述承载基板的底面设置有包括多个支撑底座，所述支撑底座为软硅胶结构。

采用上述方案的有益效果是：采用软硅胶结构作为支撑底座，能够起到吸引震动和防滑功能。

附图说明

图1是本实用新型便携式机械手导航精度测试装置的整体示意图。

图2是本实用新型便携式机械手导航精度测试装置中承载基板和探测光模组的分解示意图。

图3是本实用新型便携式机械手导航精度测试装置中球形钻头的安装示意图。

图中，各标号所代表的部件列表如下：

球形钻头1、机械手2、承载基板3、探测光模组4；

钻头连接杆101、固定平面102；

竖向安装孔201、横向固定孔202、固定螺栓203；

承载组件301、反光标识点302、标准参考球303、球体支撑座304、连接固定杆305、连接通孔306、支撑底座307；

光线发射器件401、光线接收器件402、支撑外壳403。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语中“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。当组件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型的具体含义。

所述“机械手”，指的是手术机械手臂，通常具有 X移动、Y移动、Z移动、X转动、Y转动和Z转动六个自由度，通过接受外部指令精确地定位到三维空间或二维平面上的某一点进行作业，相比于医生手动操作，具有稳定性、可靠性、安全性出众等优点，在对精度要求不是特别高的应用场景下，如种植牙手术，通过机械手实施手术的可操作性非常高，能够很好保证治疗效果。

为了确保机械手能够按照设定路径实施手术在达到预期治疗效果，在手术开始前，需要对机械手进行精度测试，只有通过精度测试的系统才能直接应用于临床，否则不单单难以取得预期治疗效果，反而还可能因为精度问题而造成医疗事故。一般而言，现有技术中多采用激光跟踪仪来测试机械手导航精度，这样的测试方式能够确保测试结果的可靠性。但是，激光跟踪仪较为昂贵，而且其设备体积巨大，一般仅配备在设备生产商处，多数仅在设备出厂时使用，诊所等小型场所难以普及使用，而诊所在日常运营中，不可避免地需要定期对设备进行维护保养，因此，业界亟需开发一种便携式精度测试装置，以便满足日常精度测试和设备调教。

如图1所示，为了解决上述问题，本实用新型提供一种便携式机械手导航精度测试装置，包括光学定位跟踪仪，特别地，所述导航精度测试装置还包括球形钻头1、机械手2、承载基板3和探测光模组4；所述球形钻头1可拆卸地设置于所述机械手2上；所述承载基板3上设置有一个承载组件301和多个反光标识点302，所述承载组件301上设置有标准参考球303。

如图2所示，所述探测光模组4包括光线发射器件401和光线接收器件402，所述光线发射器件401用于发出探测光线，所述光线接收器件402用于接收反射回来的探测光线。其中，光学定位跟踪仪未在图中未出，其一般置于机械手2、承载基板3和探测光模组4的上方空间处。

一方面，由于标准参考球303与反光标识点302、承载基板3之间的位置相互固定，光学定位跟踪仪通过向反光标识点302发出探测光并接收反射回来的光线即可确定反光标识点302的实时位置，从而确定标准参考球303的实时位置，同样的道理，也可通过光学定位跟踪仪获取机械手2的实时位置，以对机械手2的运动进行导航。另一方面，光线发射器件401发出探测光线照射到标准参考球303或者球形钻头1上，再通过光线接收器件402接收从标准参考球303或者球形钻头1反射回来的探测光线，利用探测光模组4即可确定标准参考球303或者球形钻头1的空间坐标。为了光信号的有效传输，在进行精度测试的过程中，标准参考球303和球形钻头1均需要处于光线发射器件401和光线接收器件402的视场交叉区域，即光线发射器件401发出的光能够照射标准参考球303和球形钻头1，而标准参考球303和球形钻头1所反射回来的光也能够回到光线接收器件402。

在对机械手导航系统进行精度测试时，先将本装置与机械手导航系统装配到一起，通过探测光模组4获取标准参考球303的空间坐标后移去标准参考球303，再利用光学定位跟踪仪对机械手2进行导航，通过机械手2将球形钻头1移动至标准参考球303原先的位置，然后再通过探测光模组4获取球形钻头1的空间坐标。通过对比标准参考球303和球形钻头1的空间坐标之间的偏差值，即可获知机械手导航系统的误差值大小。需要说明的是，光学定位跟踪仪和探测光模组的工作原理和数据分析过程为光学领域的现有技术，本技术方案的创新点并不在此。

基于上述结构，借助光学定位跟踪仪和探测光模组4，通过对比球形钻头1和标准参考球303的坐标之间的差距确定机械手2的导航误差，以较为简单的装置实现对机械手导航的精度进行测试，能够满足日常精度测试和设备调教。

如图2所示，所述探测光模组4还包括支撑外壳403，所述光线发射器件401和所述光线接收器件402固定设置于所述支撑外壳403的内部；所述支撑外壳403上设置有多个通光孔，所述光线发射器件401和所述光线接收器件402一一对应朝向各自通光孔。

在本技术方案中，支撑外壳403主要起到结构支撑和隔绝外界的作用，直接安装光线发射器件401、光线接收器件402和其他组件，能够实现其基本定位功能，但由于结构暴露在外而存在结构繁杂、容易受损等问题。将光线发射器件401和光线接收器件402设置于支撑外壳403的内部，将光线发射器件401和光线接收器件402与外界隔绝开来，保护本装置内部器件免受损害和干扰。具体地，所述承载基板3和所述支撑外壳403均为铝合金结构。采用铝合金结构作为承载基板3和支撑外壳403，能够在减轻本装置重量的同时确保强度。

优选地，所述支撑外壳403为方形盒状结构，所述承载基板3为方形板状结构；所述支撑外壳403固定设置于所述承载基板3的一侧，多个所述反光标识点302固定设置于所述承载基板3的另一侧。通过将支撑外壳403主和承载基板3设置为规则结构，使得本装置的结构更加科学紧凑，同时，预留足够的位置铺开设置反光标识点302，能够确保反光标识点302能够在光学定位跟踪仪的配合下实现实时定位功能。

如图2所示，具体地，所述反光标识点302设置有4个，所述承载基板3设置有4个圆形凹槽，所述圆形凹槽内贴设有回归反射膜而形成所述反光标识点302。采用贴设回归反射膜的方式形成反光标识点302，能够简化本装置的结构，而将回归反射膜贴设于圆形凹槽内，则有助于避免在安装的过程中因人为操作问题而导致回归反射膜出现位置偏移问题。

优选地，所述光线发射器件401为光栅投射仪，所述光线接收器件402为图像传感器，所述光线发射器件401设置有一个，所述光线接收器件402设置有两个；所述光线发射器件401设置于所述支撑外壳403的中央，两个所述光线接收器件402对称设置于所述光线发射器件401的两侧。通过光栅投射仪发出结构光，再通过两个图像传感器接收反射回来的结构光，能够更精确地确定球形钻头1和标准参考球303的空间位置，使得精度测试结果更加可靠。需要说明的是，通过结构光分析空间位置为光学领域的现有技术，本技术方案的创新点并不在此。

如图3所示，所述机械手2上设置有竖向安装孔201和横向固定孔202，所述横向固定孔202内设置有固定螺栓203；所述球形钻头1上还设置有钻头连接杆101，所述钻头连接杆101的侧面形成有固定平面102，所述球形钻头1通过所述钻头连接杆101插接于所述竖向安装孔201内，所述固定螺栓203抵接于所述固定平面102。

可以理解的是，在正常使用过程中，需要在机械手2上装上相应的仪器如钻头，而在测试过程中，则需要在机械手2上装上球形钻头1，来回拆装需要本装置具有方便拆装和连接稳定等特点。

基于上述结构，通过竖向安装孔201、横向固定孔202、钻头连接杆101、固定平面102和固定螺栓203等结构之间的配合，使得机械手2和球形钻头1之间能够实现可拆卸连接，便于在测试完成后装上钻头实施手术。

如图2所示，所述承载组件301包括球体支撑座304和连接固定杆305，所述球体支撑座304和所述连接固定杆305均为圆杆状结构；所述球体支撑座304和所述连接固定杆305首尾相连，所述标准参考球303设置于所述球体支撑座304远离所述连接固定杆305的端部；所述承载基板3上开设有连接通孔306，所述连接通孔306的内径与所述连接固定杆305的外径相等，所述连接通孔306沿周向开设有第一导向坡，所述连接固定杆305上远离所述球体支撑座304的端部沿周向开设有第二导向坡。

基于上述结构，承载组件301通过球体支撑座304与标准参考球303固定连接，通过连接固定杆305配合连接通孔306与承载基板3固定连接，再配合第一导向坡和第二导向坡，能够便于连接固定杆305和连接通孔306之间的精准对接配合。

优选地，所述球形钻头1和所述钻头连接杆101为一体成型结构，所述标准参考球303、所述球体支撑座304和所述连接固定杆305为一体成型结构。一体成型结构的结构能够进一步简化本装置。

如图2所示，所述承载基板3的底面设置有包括多个支撑底座307，所述支撑底座307为软硅胶结构。采用软硅胶结构作为支撑底座307，能够起到吸引震动和防滑功能。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种便携式机械手导航精度测试装置，包括光学定位跟踪仪，其特征在于，所述导航精度测试装置还包括：

球形钻头，所述球形钻头可拆卸地设置于所述机械手上；

承载基板，所述承载基板上设置有一个承载组件和多个反光标识点，所述承载组件上设置有标准参考球；

探测光模组，所述探测光模组包括光线发射器件和光线接收器件，所述光线发射器件用于发出探测光线，所述光线接收器件用于接收反射回来的探测光线。

2.根据权利要求1所述的一种便携式机械手导航精度测试装置，其特征在于，所述探测光模组还包括支撑外壳，所述光线发射器件和所述光线接收器件固定设置于所述支撑外壳的内部；所述支撑外壳上设置有多个通光孔，所述光线发射器件和所述光线接收器件一一对应朝向各自通光孔。

3.根据权利要求2所述的一种便携式机械手导航精度测试装置，其特征在于，所述支撑外壳为方形盒状结构，所述承载基板为方形板状结构；

所述支撑外壳固定设置于所述承载基板的一侧，多个所述反光标识点固定设置于所述承载基板的另一侧。

4.根据权利要求3所述的一种便携式机械手导航精度测试装置，其特征在于，所述反光标识点设置有4个，所述承载基板设置有4个圆形凹槽，所述圆形凹槽内贴设有回归反射膜而形成所述反光标识点。

5.根据权利要求3所述的一种便携式机械手导航精度测试装置，其特征在于，所述承载基板和所述支撑外壳均为铝合金结构。

6.根据权利要求2所述的一种便携式机械手导航精度测试装置，其特征在于，所述光线发射器件为光栅投射仪，所述光线接收器件为图像传感器，所述光线发射器件设置有一个，所述光线接收器件设置有两个；

所述光线发射器件设置于所述支撑外壳的中央，两个所述光线接收器件对称设置于所述光线发射器件的两侧。

7.根据权利要求1所述的一种便携式机械手导航精度测试装置，其特征在于，所述机械手上设置有竖向安装孔和横向固定孔，所述横向固定孔内设置有固定螺栓；

所述球形钻头上还设置有钻头连接杆，所述钻头连接杆的侧面形成有固定平面，所述球形钻头通过所述钻头连接杆插接于所述竖向安装孔内，所述固定螺栓抵接于所述固定平面。

8.根据权利要求7所述的一种便携式机械手导航精度测试装置，其特征在于，所述承载组件包括球体支撑座和连接固定杆，所述球体支撑座和所述连接固定杆均为圆杆状结构；

所述球体支撑座和所述连接固定杆首尾相连，所述标准参考球设置于所述球体支撑座远离所述连接固定杆的端部；

所述承载基板上开设有连接通孔，所述连接通孔的内径与所述连接固定杆的外径相等，所述连接通孔沿周向开设有第一导向坡，所述连接固定杆上远离所述球体支撑座的端部沿周向开设有第二导向坡。

9.根据权利要求8所述的一种便携式机械手导航精度测试装置，其特征在于，所述球形钻头和所述钻头连接杆为一体成型结构，所述标准参考球、所述球体支撑座和所述连接固定杆为一体成型结构。

10.根据权利要求1-8任一项所述的一种便携式机械手导航精度测试装置，其特征在于，所述承载基板的底面设置有包括多个支撑底座，所述支撑底座为软硅胶结构。