一种通过肌电及语音信号实现远程控制的手术机械臂的制作方法

1.本发明涉及医疗设备，尤其是手术机械臂远程控制装置。

背景技术：

2.传统医疗手术中，医生通常要手持一些医疗器械，例如内窥镜等，用来辅助手术的完成。然而在一些大型手术中，长时间的手持医疗器械会导致医生的疲惫。
3.随着现代工业的迅速发展,机械臂已经成为现代智能装备中不可缺少的一员,机械臂具有稳定性强、精度高、运行速度快等特点,在众多领域中被广泛应用。在医疗器械领域,机械臂控制技术向大需求、多样化、智能化方向迅猛发展已成趋势。传统的医疗机械臂的控制,往往是医务人员在控制杆、鼠标键盘等传统方式下完成的,所需培训以及熟悉该控制方式的时间较长,而且其灵活性和效率性不高。在复杂的环境中无法使用,并且该种操作方式下的机械臂对于使用具有空间限制,无法实现远程操作。

技术实现要素：

4.为了解决现有技术所存在的问题，本发明提供了一种通过肌电及语音信号实现远程控制的手术机械臂，可以通过手臂的姿势动作远程控制机械臂，使机械臂的应用具有更好的灵活性和更高的工作效率，避免了手术中由于长时间的操作导致的疲劳、颤抖等，进而有望提高手术效率。
5.本发明的目的可通过以下技术方案来实现：一种通过肌电及语音信号实现远程控制的手术机械臂，包括：机械臂，能够执行手术；肌电臂环，能够采集操作者的手部肌电信号及语音信号；上位机，能够将操作者的手部肌电信号及语音信号转化为动作指令并发送至机械臂，分别与所述肌电臂环和所述机械臂连接。
6.所述的一种通过肌电及语音信号实现远程控制的手术机械臂，通过肌电臂环能获取术者的手部肌电信号及语音信号，并能上传到上位机。当上位机接收到所述信息后，则能够将所述信息转换为相对应的动作指令并将指令发送给机械臂的控制器，从而驱动机械臂按照该动作指令运动。因此机械臂能完整模拟操作者手术的各种运动，即操作者能够实现对机械臂的远程控制，更方便地进行手术。
7.进一步的，所述肌电臂环包括用于获取术者手部肌电信号的肌电传感器以及用于获取术者语音信号的语音传感器，所述肌电传感器和所述语音传感器均与所述上位机相连接。
8.进一步的，所述肌电传感器包括用于采集操作者手部肌电信号的肌电采集电极以及用于将所述肌电信号进行处理的肌电信号处理器。
9.进一步的，所述语音传感器采用麦克风阵列设备。
10.进一步的，本技术方案还包括用于控制所述机械臂运动的伺服电机组，用于统筹
控制的控制器以及用于传输所述动作指令的通信模块。上位机通过所述通信模块连接到所述控制器的输入端，所述控制器的输出端通过通信模块与机械臂相连接。
11.进一步的，本技术方案还包括用于获取所述机械臂手指处手感的感应模块，所述感应模块设置于所述机械臂手指处且通过所述控制器的反馈输出端与所述上位机实现连接。
12.进一步的，所述感应模块包括压力传感器、温度传感器以及触觉传感器。
13.进一步的，所述控制器采用stm32f407zgt6芯片。
14.进一步的，所述通信模块采用无线传输模块。
附图说明
15.图1是本发明一种通过肌电及语音信号实现远程控制的手术机械臂地结构示意图。
16.图2是本发明一种通过肌电及语音信号实现远程控制的手术机械臂的工作原理示意图。
具体实施方式
17.本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使读者能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
18.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
19.下面结合附图，对本发明实施例做进一步的阐述。
20.参照图1，本发明实施例提供了医用远程机械臂控制装置，包括：机械臂300，能够执行手术；肌电臂环100，能够获取操作者手部动作的肌电信号及语音信号；上位机200，能够将操作者的手部肌电信号及语音信号转化为动作指令并发送至所述机械臂300，分别与所述肌电臂环100和所述机械臂300连接。
21.在本实施例中通过肌电臂环100能获取操作者的手部肌电信号及语音信号，并能上传到上位机200。当上位机200接收到所述信息后，则能够将所述信息转换为相对应的动作指令并将指令发送给机械臂300的控制器，从而驱动机械臂300按照该动作指令进行动作。因此机械臂300能完整模拟操作者手术的各种动作，即操作者能够实现对机械臂300的远程控制，从而更方便地进行手术。
22.更进一步地，参照图2，发明人所设计的所述肌电臂环100包括用于获取操作者手部动作肌肉信号的肌电传感器110及用于获取语音信号的语音传感器120，所述肌电传感器110和所述语音传感器120均与所述上位机200相连接。具体地，通过肌电传感器110以及语音传感器120能够捕捉操作者的手部动作及语音信息，并传输到上位机200。可见，肌电传感器110以及语音传感器120的设置保证了远程控制的正常进行。
23.更进一步地，肌电传感器110包括用于采集操作者手部肌电信号的肌电采集电极
以及用于将所述肌电信号进行处理的肌电信号处理器。其中，肌电采集电极基于材料特性，能够对操作者手部运动时产生的肌肉电流进行采集，数字式地记录了相关的运动信息。同时，肌电信号处理器能够对采集到的肌电电流进行放大与转化，从而有效实现动作捕捉与还原。通过两者的配合，能够准确地获取操作者的肌电信号所代表的动作。
24.更进一步地，语音传感器120采用麦克风阵列设备。具体地，麦克风阵列设备相比普通收音设备，能够将说话者的声音信号进行放大输出，能够最大限度地防止失真，提升捕捉效果。
25.为了实现动作指令的完整传输，发明人还设计了用于控制机械臂300进行运动的伺服电机组700、用于统筹控制的主控器500以及与传输所述动作指令的通信模块400。所述上位机200通过所述通信模块400连接到所述主控器500的输入端，所述控制器500的输出端通过通信模块400与机械臂300相连接。
26.具体地，参照图2，上位机200通过通信模块400可将动作指令传送到控制器500上。进一步的，控制器500根据该运动指令对伺服电机组700进行控制，从而使伺服电机组700带动机械臂300实现相应动作；可见，通过伺服电机组700、通信模块400及控制器500的配合，能够将动作指令完整应用于机械臂300上，使得机械臂300的工作更加稳定可靠；其中，伺服电机组700包括伺服电机及其所匹配的驱动器，驱动器可以接受控制器500的运动指令，实现对机械臂模块300的控制，伺服电机及其驱动器的结构在本领域较为常见，因此不做赘述。
27.优选的，所述主控器500采用stm32f407zgt6芯片，所述信号传输模块采用无线传输模块。
28.具体地，stm32f407zgt6芯片性能稳定，作为控制类器件，适合于本实施例的主控器500。无线传输模块布设方便，传输速度较快，价格适中，适合本实施例中的无线传输模块，尤其是目前5g技术的兴起，使其具有更好的发展前景。
29.更进一步的，在实际中，考虑到手术信息的交互，发明人还设计了用于获取所属机械臂300手指处手感的感应模块600，所述感应模块600设置于所述机械臂300手指处且通过所述控制器500的反馈输出端与所述上位机200实现连接。在本实施例中，感应模块600能够实现机械臂300手指动作时与操作者之间的交互，从而将机械臂300的实际情况反馈给操作者，方便操作者观察机械臂300的动作是否符合规范，同时也能够将手感传递到操作者，使其了解手术的实际情况。
30.优选的，所述感应模块600包括压力传感器、温度传感器以及触觉传感器。具体地，通过反馈机械臂300手指处的压力、温度、触觉，一般就能够将机械臂300地动作情况进行完整体现，方便操作者进行了解。当然，也可以采用其他类似功能的传感器，并不完全限定。
31.以上内容对本发明地较佳实例和基本原理作了详细论述，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域地技术人员了解在不违背本发明精神的前提下还会有各种等同变形和替换，这些等同变形和替换都落入本发明要求的保护范围。

技术特征：

1.一种通过肌电及语音信号实现远程控制的手术机械臂，其特征在于，包括：机械臂，能够执行手术；肌电臂环，能够采集操作者的手部肌电信号和语音信号；上位机，能够将操作者的手部肌电信号及语音信号转化为动作指令并发送至机械臂，分别与所述肌电臂环及所述机械臂连接。2.根据权利要求1所述的一种通过肌电及语音信号实现远程控制的手术机械臂，其特征在于：所述肌电臂环包括用于获取术者手部肌电信号的肌电传感器以及用于获取术者语音信号的语音传感器，所述肌电传感器和所述语音传感器均与所述上位机相连接。3.根据权利要求2所述的一种通过肌电及语音信号实现远程控制的手术机械臂，其特征在于：所述肌电传感器包括用于采集操作者手部肌电信号的肌电采集电极，以及相应的肌电信号处理器。4.根据权利要求2所述的一种通过肌电及语音信号实现远程控制的手术机械臂，其特征在于：所述语音传感器采用麦克风阵列设备。5.根据权利要求1所述的一种通过肌电及语音信号实现远程控制的手术机械臂，其特征在于：还包括用于控制所述机械臂运动的伺服电机组，用于统筹控制的控制器以及用于传输所述动作指令的通信模块。6.上位机通过所述通信模块连接到所述控制器的输入端，所述控制器的输出端通过通信模块与机械臂相连接。7.根据权利要求1所述的一种通过肌电及语音信号实现远程控制的手术机械臂，其特征在于：还包括用于获取所述机械臂手指处感的感应模块，所述感应模块设置于所述机械臂手指处且通过所述控制器的反馈输出端与所述上位机实现连接。8.根据权利要求6所述的一种通过肌电及语音信号实现远程控制的手术机械臂，其特征在于：所述感应模块包括压力传感器、温度传感器以及触觉传感器。9.根据权利要求6所述的一种通过肌电及语音信号实现远程控制的手术机械臂，其特征在于：所述控制器采用stm32f407zgt6芯片。10.根据权利要求6所述的一种通过肌电及语音信号实现远程控制的手术机械臂，其特征在于：所述通信模块采用无线传输模块。

技术总结

本发明公开了一种通过肌电及语音信号实现远程控制的手术机械臂，包括机械臂，能够进行手术操作；肌电臂环，能够获取术者手部运动的肌肉信号及语音信号；上位机，能够将所述的肌电及语音信号转换为动作指令并发送至所述机械臂，分别与所述机械臂和所述肌电臂环连接。相比于传统技术，本发明设计合理，结构巧妙，能够通过远程控制机械臂，突破了空间的限制，使得外科手术有更加良好的灵活性及更高的工作效率。工作效率。