(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210576457.1 (22)申请日 2022.05.25 (71)申请人 广东轻工职业 技术学院 地址 510300 广东省广州市海珠区新港西 路152号 (72)发明人 赖广源　庄恒锋　麦浩楠　黄正阳　 李晓航　陈嘉雯　陈钰　 (74)专利代理 机构 广州市华学知识产权代理有 限公司 4 4245 专利代理师 杜柱东 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) B25J 13/02(2006.01) B25J 13/08(2006.01) (54)发明名称 一种应用 于远程心脏彩超机器人的操作手 系统及方法 (57)摘要 本发明公开了一种应用于远程心脏彩超机 器人的操作手系统及方法， 系统与心脏彩超机器 人网络连接， 包括控制手柄、 电阻屏以及嵌入式 计算机； 控制手柄与嵌入式计算机线路连接， 电 阻屏与嵌入式计算机线路连接； 心脏彩超机器人 包括机械臂， 机械臂末端设有压力传感器； 控制 手柄包括使能按钮、 陀螺仪以及线性马达； 线性 马达用于根据压力传感器数据产生不同的震动 反馈； 控制手柄与电阻屏配合， 使用时触碰电阻 屏使电阻屏相应位置电压发生变化； 电阻屏， 用 于根据屏幕上电压值变化来检测控制手柄与电 阻屏接触点的坐标。 本发明根据机器人端反馈的 受力状况， 利用不同的震动模式， 可以让医生从 手部感觉了解远端机 器人与患者的交 互状态。 权利要求书3页 说明书6页 附图2页 CN 114789445 A 2022.07.26 CN 114789445 A 1.一种应用于远程心脏彩超机器人的操作手系统， 与心脏彩超机器人网络连接， 其特 征在于， 包括控制手柄、 电阻屏以及嵌入式计算机； 控制手柄与嵌入式计算机线路连接， 电阻屏 与嵌入式计算机线路连接； 心脏彩超机器人包括机械臂， 机械臂末端设有压力传感器， 用于收集机械臂末端与患 者接触的压力数据； 控制手柄包括使能按钮、 陀螺仪以及线性马达； 线性马达用于根据压力传感器数据产 生不同的震动反馈； 控制手柄与电阻屏配合， 使用时触碰电阻屏使电阻屏相应位置电压发生变化； 电阻屏， 用于根据屏幕上电压值变化 来检测控制手柄与电阻屏接触点的坐标； 工作时， 控制手柄与电阻屏配合， 获取空间位置信息， 空间位置信 息通过数据转换后传 输至嵌入式计算机， 嵌入式计算机将数据传输至心脏彩超机器人， 实现控制 机器人的机械 臂进行相应的运动。 2.根据权利要求1所述的一种应用于远程心脏彩超机器人的操作手系统， 其特征在于， 线性马达根据压力传感器数据 产生不同的震动反馈， 具体为： 将机械臂末端与人体的接触分为多种情况， 包括： 情况一： 未接触； 情况二： 恰好接触； 情况三： 已接触且压力稳定； 情况四： 已接触， 压力逐渐增大且压力正常； 情况五： 已接触， 压力逐渐减少且压力正常； 情况六： 已接触且压力过 大； 设当前压力传感器采集的机械臂末端与人体之间受力为F， F的范围为[0， Fm]， Fm为压力 传感器的最大量程， 设Fl为人体可接受的压力值， 设δ为一大于0的实数， 则6种情况具体表 达为： 情况一： F＝0； 情况二： F不 等于0且Δt时间 间隔之前 F等于0； 情况三： F不 等于0且|ΔF| ＜ δ， ΔF为压力传感器间隔Δt采集的两个压力值的差； 情况四： 当F不 等于0且ΔF＜ ‑δ； 情况五： 当F不 等于0且ΔF＞δ； 情况六： 当F不 等于0且F＞Fl。 3.根据权利要求2所述的一种应用于远程心脏彩超机器人的操作手系统， 其特征在于， 根据机械臂末端与人体的接触的6种情况， 线性马达产生不同的震动， 设线性马达 当前震动 强度为M， M的范围为[0， m ]， m为线性马达最大震动强度， 则具体为： 当发生情况一时， 线性马达的震动强度为0； 当发生情况二时， 线性马达以 的强度进行一次震动， 震动时间长度为Δt0； 当发生情况三时， 线性马达的震动强度M按照公式(1)进行逐步衰减， 每次震动的时长 为Δt， 时间 间隔是Δt1； 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114789445 A 2其中， M′是上一个时间 间隔的震动强度； 当发生情况四时， 线性马达的震动强度M按照公式(2)进行逐步衰减， 每次震动的时长 为Δt， 时间 间隔是Δt2； 当发生情况五时， 线性马达的震动强度M按照公式(3)进行逐步增 强， 每次震动的时长 为Δt， 时间 间隔是Δt3； 当发生情况六时， 线性马达按照最大震动强度m持续震动， 每次震动的时长为Δt， 时间 间隔是Δt4。 4.根据权利要求1所述的一种应用于远程心脏彩超机器人的操作手系统， 其特征在于， 控制手柄还包括壳体， 使能按钮设置在壳体上， 用于驱动机器人工作， 按动使能按钮才能驱 动机器人运动。 5.根据权利要求4所述的一种应用于远程心脏彩超机器人的操作手系统， 其特征在于， 线性马达和陀螺 仪均安装在壳体的内部； 陀螺仪用于获取控制手柄的姿态， 形成姿态数据以用于控制机 械臂的姿态。 6.根据权利要求1所述的一种应用于远程心脏彩超机器人的操作手系统， 其特征在于， 电阻屏设有触碰电压阈值， 用于防止误触， 当控制手柄触碰电阻屏且产生的电压大于阈值 时， 电阻屏才将检测控制手柄与电阻屏接触点的坐标。 7.根据权利要求1所述的一种应用于远程心脏彩超机器人的操作手系统， 其特征在于， 操作手系统工作时， 以陀螺仪处于初始状态控制手柄触碰电阻屏的第一个点作为初始点， 机械臂末端的初始 位置以初始点作为参考位置； 通过控制手柄与电阻屏配合控制机械臂移 动有两种方式， 具体为： 点击控制方式， 使用控制手柄点击电阻屏上一个相对于初始点的位置， 根据该位置与 初始点的相对坐标， 同步机 械臂末端移动到与参 考位置相对应的位置； 拖动控制方式， 使用控制手柄在初始点周围进行拖动， 并在某一方向进行累加， 在 哪个 方向累加， 机械臂末端就会向哪个方向移动， 提起控制手柄时机械臂末端会重新复位之前 的相对位置， 实现机 械臂末端移动。 8.基于权利要求1 ‑7任一项所述操作手系统的方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 系统初始化， 包括设定陀螺 仪和电阻屏的初始状态以及 初始参数； S2、 按下使能按钮， 系统开始工作， 首先检测陀螺仪是否处于初始状态， 如果并不处于 初始状态， 则再次执 行步骤S1， 否则进入步骤S3； S3、 操作控制手柄进行心脏彩超， 期间检测陀螺仪X、 Y、 Z方向是否有发生转动， 同时检 测电阻屏是否发生电压变化； S4、 当检测到陀螺仪X、 Y、 Z方向有发生转动， 测量陀螺仪X、 Y、 Z方向转动的偏移角， 判断 偏移角变化速度是否小于安全值， 若小于， 则输出陀螺仪X、 Y、 Z方向转动的偏移角至嵌入式 计算机； 若不小于， 则使偏移角的变换速度等于最大安全值， 输出陀螺仪X、 Y、 Z方向转动的 偏移角至嵌入式计算机； 当检测电阻屏发生电压变化， 判断此时触碰电压是否大于触碰电压阈值， 若大于， 则判权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114789445 A 3