CN101879346B - 微创血管介入手术机器人导管捻旋装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微创血管介入手术机器人导管捻旋装置，属于医疗设备领域。它用作微创血管介入手术机器人的末端执行器，包括捻旋部件和张合部件，其中捻旋部件用于捻动所要送的导管做轴向旋转。张合部件的作用是在其张开时，拿出或放入导管；而捻旋过程中，张合部件闭合。捻旋部件主要包括动力部和执行部。动力部主要包括主动齿轮、动力输入齿轮、小轴、捻旋轴和传动带。通过压紧的两段平行带之间的摩擦实现对导管的夹持，通过两段平行带间的相对运动实现对导管的捻旋。张合部件主要包括双向旋转电磁铁、四连杆机构和五连杆机构。通过双向旋转电磁铁的旋转带动四连杆机构动作，进而带动五连杆机构中的两组平行四边形机构摆动，实现张合动作。
Description
技术领域
本发明公开了一种微创血管介入手术机器人导管捻旋装置，属于医疗设备领域。
背景技术
随着社会的日益进步和人们生活水平的不断提高，人类对自身疾病的诊断、治疗、预防以及卫生健康给予越来越多的关注。为了提高手术精度和工具的灵活性、增加手术医生的舒适性、降低手术风险，减小手术医生的疲劳，微创手术机器人系统应运而生。微创介入以微创、无痛、舒适的特点，迅速发展。微创手术技术的发展必然带动相关手术机器人技术的研究热潮。而微创血管介入手术又是微创手术的一个重要方面，这主要是由于心脑血管疾病是人类主要的疾病，并且致死率、致残率较高。血管介入手术是借助于介入导管沿血管的管腔到达较远的病变部位(如冠状动脉、脑、肝、肾等血管内)，然后对病变部位实行治疗的一种微创手术。这种手术方式不仅能有效治疗血管疾病，还具有大大缩短手术时间，极大减轻手术痛苦及恢复过程快等诸多优点，已经在国内外广泛地开展。传统的手术方法是在X射线影像或其他灰度图像的监控和引导下，由技术熟练的医生手工直接完成导管的插入和治疗。但是由于现有的导管前端的弯曲半径固定以及人体内血管存在弯曲狭长、不规则、分支多等特点，导致操作过程中破坏血管壁或发生误入血管分支等情况，使医务人员和患者更长时间地暴露在X射线的辐射之中，影响了手术的效率和安全性。并且传统方法技巧性强，风险性高，专科医生手术培训时间长，同时操作复杂、手术时间长，医生疲劳和人手操作不稳定等因素会直接影响手术质量，进而影响患者生存质量。
现有的送管机构，一方面，需要医务人员将所需送的导管从送管机构的一端穿入送管机构，操作起来费时费力；另一方面，电机与操作部分组件之间拆卸不方便，不利于术前消毒和数次使用后的更换；再者，为实现导管的转动，需要包括电机在内的机构整体跟随转动，这样就给布线及控制带来不便，并且限制了转动的圈数。因此，发明一种微创血管介入手术机器人导管捻旋装置有着极其重要的现实应用意义。
本发明的目的在于提供一种能够实现在血管介入手术过程中，捻旋介入导管轴向旋转，辅助导管到达特定的分支血管的捻旋装置。
发明内容
本发明用作微创血管介入手术机器人的末端执行器，它包括捻旋部件和张合部件。其中捻旋部件用于搓动所要送的导管轴向旋转，张合部件的作用是在其张开时，可以拿出或放入导管；而捻旋过程中，张合部件闭合，夹紧管对其进行捻旋。
捻旋部件主要包括捻旋动力部和捻旋执行部。动力部主要包括主动齿轮、动力输入齿轮、小轴、捻旋轴和传动带。通过压紧的两段平行带之间的摩擦实现对导管的夹持，通过两段平行带间的相对运动实现对导管的捻旋。电机反转，各轴转向相反，从而实现对导管的反向捻 旋。
张合部件主要包括双向旋转电磁铁、一组四连杆机构和两组五连杆机构，其中五连杆机构中包含两组平行四边形机构。通过双向旋转电磁铁的旋转带动四连杆机构动作，进而带动五连杆机构中的两组平行四边形机构做反向的摆动，实现张合部件的张合动作。
本发明的微创血管介入手术机器人导管捻旋装置结构紧凑、体积小、重量轻、加工安装方便，便于推广应用；采用捻旋机构捻动导管转动，避免了电机跟随转动带来的绕线问题，并能实现任意圈数的转动；采用双向旋转电磁铁控制张合部件的张合，电磁铁通电时，张合部件张开，进行放进管或取出管的操作，电磁铁断电时，张合部件闭合，夹紧导管工作，控制方法简单；装置中包含张合部件，在其张开时，可以将导管装入或拿出，避免了穿管动作，使操作更简单方便；整个执行部件可以与电机、电磁铁分开，单独取出，便于使用前的消毒和数次使用后的更换；采用连杆机构进行张合部件的动力传动，连杆机构中的运动副元素的几何形状简单，便于加工制造，连杆机构还可以很方便地用来达到增力、扩大行程和实现远距离传动的目的；五连杆机构中包含两组做反向同步运动的平行四边形机构，避免了在夹紧导管时，由于双向用力不均，带来的导管位置的径向攒动。
附图说明
1、微创血管介入手术机器人导管捻旋装置总体结构示意图
2、微创血管介入手术机器人导管捻旋装置局部结构示意图
3、微创血管介入手术机器人导管捻旋装置带传动路线示意图
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施方案，并结合附图加以说明。
微创血管介入手术机器人导管捻旋装置总体结构示意图如图1所示，主要包括用于使导管转动的捻旋部件和夹持导管的张合部件。
如图所示，捻旋部件主要包括提供动力的捻旋动力部和捻旋动作的捻旋执行部。启动电机19，带动主动齿轮25转动，进而带动与主动齿轮啮合的动力输入齿轮16转动，并将动力通过齿轮15继续传递到捻旋部件的动力输入轴第一捻旋轴31，通过传动带30依次带动第四捻旋轴26、第三捻旋轴28、第二捻旋轴29、第五捻旋轴36、第六捻旋轴34转动，各传动轴的位置如图3所示，机构中第三捻旋轴28、第四捻旋轴26和第五捻旋轴36、第六捻旋轴34形成图3所示的带传动路线。在压紧块21的作用下，将导管压紧在两段平行的传动带之间，两段平行传动带做反向运动，实现对导管的捻旋。电机反转，反向捻旋导管。带的松紧可以通过移动第一张紧轮27和第二张紧轮35来调节。电机19通过电机支架20固定在箱壳1上。动力输入齿轮16通过小轴24支撑在第三支架32上，第三支架32通过电机支架20固定在箱壳1上。第一捻旋轴31、第二捻旋轴29由第一支架8来支撑，第一支架8与外部机架固联。第三捻旋轴28、第四捻旋轴26安装在第一壳体39和第二壳体37内，第六捻旋轴34和第五捻旋轴36安装在第三壳体9和第四壳体38内。
张合部件主要包括双向旋转电磁铁2，四连杆机构和五连杆机构。双向旋转电磁铁2通电旋转，带动由摆杆4、拉杆5、摆动板6组成的四连杆机构动作，通过摆动板6的摆动，顶住第一连板22和第二连板23，两连板夹角发生变化，带动由第一连杆10、第二连杆11、第五连杆14和第三壳体9组成的平行四边形机构与由第三连杆12、第四连杆13、第五连杆14和第二壳体37组成的平行四边形机构做反方向摆动。第一连扳22和第二连扳23通过销17连在一起，销17插入到导向架7的导向槽内，保证该连接点只做上下方向的直线运动。导向架7通过螺钉固联在第一支架8上。摆动板向上摆动时，带动与连板相连的两平行四边形机构均向外摆动，第一连杆10、第二连杆11与第三壳体9连接在一起，第三连杆12、第四连杆13与第二壳体37连接在一起，因此第三壳体9和第二壳体37随连杆一起摆动，进而带动安装在第二壳体37上的第三捻旋轴28、第四捻旋轴26和安装在第三壳体9内的第五捻旋轴36、第六捻旋轴34随壳体摆动，完成张开动作；电磁铁断电，摆动板6在自身重力作用下向下摆动，两组平行四边形机构则在弹簧33弹力作用下恢复至闭合位置，完成闭合动作。为保证动作的稳定性和可靠性，本发明采用了两组完全相同的五连杆机构分别安装在第三壳体9、第二壳体37和第一壳体39、第四壳体38上。因此在张合过程中，第三壳体9和第四壳体38始终同步张合，第一壳体39和第二壳体37亦始终同步摆动。双向旋转电磁铁2通过电磁铁支架3与箱壳1固联，摆动板6通过销钉与第二支架18连接，第二支架18固定在箱壳1上。箱壳1与外部机架固联。
Claims (2)
1.一种微创血管介入手术机器人导管捻旋装置，其特征在于：包括实现导管旋转的捻旋部件、实现捻旋部件张合的张合部件；捻旋部件主要包括提供动力的捻旋动力部和执行捻旋动作的捻旋执行部；启动电机(19)，带动主动齿轮(25)转动，进而带动与主动齿轮啮合的动力输入齿轮(16)转动，并将动力通过齿轮(15)继续传递到捻旋部件的动力输入轴第一捻旋轴(31)，通过传动带(30)依次带动第四捻旋轴(26)、第三捻旋轴(28)、第二捻旋轴(29)、第五捻旋轴(36)、第六捻旋轴(34)转动，在压紧块(21)的作用下，将导管压紧在两段平行的传动带之间，所述两段平行传动带做反向运动，实现对导管的捻旋，电机反转，反向捻旋导管，所述传动带(30)的松紧可以通过移动第一张紧轮(27)和第二张紧轮(35)来调节，第一捻旋轴(31)、第二捻旋轴(29)由第一支架(8)来支撑，第一支架(8)与外部机架固联，第三捻旋轴(28)、第四捻旋轴(26)安装在第一壳体(39)和第二壳体(37)内，第六捻旋轴(34)和第五捻旋轴(36)安装在第三壳体(9)和第四壳体(38)内；张合部件主要包括双向旋转电磁铁、一组四连杆机构和两组五连杆机构；双向旋转电磁铁(2)通电，带动由摆杆(4)、拉杆(5)、摆动板(6)组成的四连杆机构动作，通过摆动板(6)的摆动，顶住第一连板(22)和第二连板(23)，两连板夹角发生变化，带动由第一连杆(10)、第二连杆(11)、第五连杆(14)和第三壳体(9)组成的平行四边形机构与由第三连杆(12)、第四连杆(13)、第五连杆(14)和第二壳体(37)组成的平行四边形机构做反方向摆动；第一连板(22)和第二连板(23)通过销(17)连在一起，销(17)插入到导向架(7)的导向槽内，保证销(17)与导向架(7)的接触点只做上下方向的直线运动，导向架(7)通过螺钉固联在第一支架(8)上，摆动板(6)向上摆动时，带动与连板相连的两平行四边形机构同时向外摆动，第一连杆(10)、第二连杆(11)与第三壳体(9)连接在一起，第三连杆(12)、第四连杆(13)与第二壳体(37)连接在一起，因此第三壳体(9)和第二壳体(37)随连杆一起摆动，进而带动安装在第二壳体(37)上的第三捻旋轴(28)、第四捻旋轴(26)和安装在第三壳体(9)内的第六捻旋轴(34)、第五捻旋轴(36)随壳体摆动，完成张开动作；双向旋转电磁铁(2)断电，摆动板(6)在自身重力作用下向下摆动，两组平行四边形机构则在弹簧(33)弹力作用下恢复至闭合位置，完成闭合动作；捻旋部件和张合部件组成的整个执行部可以与电机和电磁铁组成的动力部分开，单独取出，便于使用前的消毒和数次使用后的更换；捻旋部件通过所述两段平行的传动带做相对运动实现导管的旋转，并能实现任意圈数的转动，在导管旋转过程中，采用捻旋机构捻动导管转动，整个导管捻旋装置不跟随旋转，避免了电机跟随转动带来的绕线问题；张合部件张开时可以将导管直接装入或取出，避免了穿管动作。
2.根据权利要求1所述的微创血管介入手术机器人导管捻旋装置，其特征在于：电机(19)通过电机支架(20)固定在箱壳(1)上，动力输入齿轮(16)通过小轴(24)支撑在第三支架(32)上，第三支架(32)通过电机支架(20)固定在箱壳(1)上；第一捻旋轴(31)、第二捻旋轴(29)由第一支架(8)来支撑，第一支架(8)与外部机架固联；第二支架(18)固定在箱壳(1)上，箱壳(1)与外部机架固联。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: RESEARCH INST. OF AUTOMATION, CHINESE ACADEMY OF S |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20101215 Address after: 066004 Hebei street, Qinhuangdao, Hebei Province, No. 438 Applicant after: Yanshan University Co-applicant after: INSTITUTE OF AUTOMATION, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES Address before: 066004 Hebei street, Qinhuangdao, Hebei Province, No. 438 Applicant before: Yanshan University |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20131218 |