CN103976765B - 一种主从微创血管介入手术辅助系统主端操作器装置 - Google Patents
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Abstract
一种主从微创血管介入手术辅助系统主端操作器装置，其特征在于它包括轴向力反馈阻尼器单元、扭矩反馈输出单元、夹具单元、操作信息采集单元、导管、直线导轨和高度可调底座；其工作方法包括信号检测、传递、处理、动作；优越性在于：直接操作导管，符合人体工学的要求；实时反馈，反馈直观，满足手术的安全性和医生操作的需求；轴向操作信息通过无摩擦磁感应方式获取，高效且不增加附加负载；高度可调。
Description
(一)技术领域：
本发明属于医疗设备技术领域，尤其是一种主从微创血管介入手术辅助系统主端操作器装置，特别适用于血管造影、血栓或异物的摘除、治疗肿瘤或血管畸形、溶解血栓等方面。
(二)背景技术：
据世界卫生组织统计，心脑血管疾病已成为人类死亡病因的头号杀手，是一种严重威胁人类健康的疾病。血管疾病的情况主要有血管肿瘤、血栓堵塞、血管畸形、血管收缩、血管硬化等。其治疗方法通常有两种，一种是传统的开放性手术，另一种是导管介入手术。其中，开放性手术是在病变位置进行开刀手术治疗；导管介入手术在医学影像设备的引导下，将特制的导管、导丝引入血管，对血管内的病变位置进行施药和治疗，介入治疗应用数字技术，扩大了医生的视野，借助导管、导丝延长了医生的双手，它的切口(穿刺点)仅有米粒大小。
临床经验证明，微创导管介入手术是治疗心脑血管疾病的有效手段，与“开放性”手术相比，它具有创伤小、安全性、术后恢复快、并发症少等优点。但是传统的血管介入手术也存在一些问题，首先是医生在X光的辐射下手术；其次是手术的高危险性，对操作医生的操作技巧要求高；再次是手术时间长，手术安全性会因为医生的疲劳而降低。
遥操作主从微创血管介入手术辅助系统是解决这些问题的有效途径，已成为一个研究热点。传统手术中医生直接操作手术器械,器械与人体组织的接触信息可以直接传给医生,而微创手术中医生手术中的触觉信息由于手术器械的关系大多很难得到。因此,在微创手术中,医生由于缺少了触觉信息而使得手术增加了危险,可能因操作不当或过猛损坏了病人的器官。触觉反馈在很多研究中都有涉及，但反馈方式传统的直接通过手术器械的方式相差甚远，操作者的操作方式和传统的方式也大大不同，通常是直接的发送动作指令。因此，传统介入手术所积累的经验技巧得不到很好的利用，不符合人体工学的要求。
(三)发明内容：
本发明的目的在于提供一种主从微创血管介入手术辅助系统主端操作器装置，它可以克服现有技术的不足，是一种允许医生像传统手术一样去操作，并能将实时的力觉信息直观的反馈给到医生手上的装置，符合人体工学的要求，且结构简单，操作方便。
本发明的技术方案：一种主从微创血管介入手术辅助系统主端操作器装置，其特征在于它包括轴向力反馈阻尼器单元、扭矩反馈输出单元、夹具单元、操作信息采集单元、导管、直线导轨和高度可调底座；其中，所述轴向力反馈阻尼器单元安装在高度可调底座上，其输出端输出为对导管的阻尼信号；所述扭矩反馈输出单元安装在直线导轨上，其输出端输出对夹具单元的力矩信号；所述夹具单元的输出端与导管配合连接；所述操作信息采集单元的输入端采集扭矩反馈输出单元输出端输出的旋转角度信息和轴向运动信息，其输出为主从微创血管介入手术辅助系统的从操作器的操作动作提供依据；所述导管穿过夹具单元；所述直线导轨安装在高度可调底座；所述高度可调底座是主操作器的安装底座。
所述夹具单元的输出端与导管的连接为夹紧导管或松开导管。
所述轴向力反馈阻尼器单元由活塞杆、阻尼器、阻尼器支撑板I和阻尼器支撑板II构成；其中，所述阻尼器安装在阻尼器支撑板I和阻尼器支撑板II上，其输出端输出为对活塞杆的阻尼信号；所述活塞杆的输入端接收阻尼器的阻尼信号，其输出端输出对导管的阻尼信号；所述阻尼器支撑板I和阻尼器支撑板II均安装在高度可调底座上。
所述阻尼器由阻尼器壁、活塞、线圈和聚氨酯海绵构成；其中，所述活塞与活塞杆连接；所述线圈缠在活塞上；所述聚氨酯海绵覆盖在缠有线圈的活塞上。
所述的聚氨酯海绵中吸附磁流变液至饱和。
所述扭矩反馈输出单元由力矩输出电机、力矩输出电机安装板、同步带轮I、同步带轮II和同步带构成；其中，所述力矩输出电机安装在力矩输出电机安装板上，其输出端输出扭矩信号，通过同步带轮I、同步带轮II和同步带与夹具单元连接；所述力矩输出电机安装板安装在直线导轨上；所述同步带轮I安装在力矩输出电机的输出轴上；所述同步带轮II与夹具单元连接。
所述夹具单元由电动夹具I、电动夹具II、夹具连接轴、电刷盘、轴支撑板和后端夹具安装板构成；其中，所述电动夹具I连接在夹具连接轴上，所述电动夹具I的输入端接收通过夹具连接轴以及扭矩反馈输出单元的同步带轮I、同步带轮II、同步带传递的扭矩反馈输出单元输出的扭矩信号，其输出端夹紧或松开导管；所述电动夹具II安装在后端夹具安装板上，其输出端夹紧或松开导管；所述轴支撑板上有穿孔，所述夹具连接轴通过穿孔与轴支撑板呈轴承连接；所述夹具连接轴上安装有同步带轮II；所述夹具连接轴的前端与轴向力反馈阻尼器单元中的活塞杆呈螺纹连接，其后端与电动夹具I连接；所述轴支撑板安装在扭矩反馈输出单元的力矩输出电机安装板上，支撑夹具连接轴；所述后端夹具安装板安装在高度可调底座上；所述电刷盘安装在夹具连接轴上，防止电动夹具I的引线缠线。
所述电动夹具I由电机安装板、夹具电机、凸轮和销钉构成；其中，所述夹具电机安装在夹具电机安装板上；所述凸轮连接夹具电机的输出端，并与夹具片连接；所述夹具板I连接在夹具连接轴上；所述夹具板II与夹具板I之间、夹具板II与夹具电机安装板之间均通过螺丝连接；所述夹具片通过销钉固定在夹具板I与夹具电机安装板之间；所述夹具板II上有螺纹孔，所述弹簧穿过夹具板II上螺纹孔，一端压在夹具片上，一端与拧进夹具板II上螺纹孔的螺丝相接。
所述电动夹具II与电动夹具I有相同的结构。
所述直线导轨由直线导轨轨道和直线导轨滑块构成；其中，所述直线导轨滑块上安装有扭矩反馈输出单元的力矩输出电机安装板；所述直线导轨滑块安装在直线导轨轨道上，且所述直线导轨滑块与直线导轨轨道之间是滚珠连接。
所述高度可调底座由升降台I、升降台II和升降台安装板构成；其中，所述升降台安装板安装在升降台I和升降台II上；所述升降台安装板上安装有轴向力反馈阻尼器单元的阻尼器支撑板I和阻尼器支撑板II、夹具单元的后端夹具安装板以及直线导轨的直线导轨轨道。
所述升降台I由升降台底板、螺纹杆、轴I、轴II、升降台顶板和升降台支撑杆构成；其中，所述升降台支撑杆下端安装在升降台底板上，上端支撑升降台顶板；所述轴I作为升降台支撑杆的旋转轴；所述轴II为升降台支撑杆的旋转轴；所述螺纹杆穿过轴I和轴II，且与轴I和轴II的连接螺纹方向相反。
所述升降台II与升降台I具有相同结构。
所述操作信息采集单元由直线位移传感器、直线位移传感器滑块和光电编码器构成；其中，所述直线位移传感器安装在升降台安装板上，其输入端接收直线位移传感器滑块的位置信号；所述直线位移传感器滑块安装在扭矩反馈输出单元的力矩输出电机安装板上；所述光电编码器安装在扭矩反馈输出单元的力矩输出电机上，其输入端接收力矩输出电机的旋转角度信号。
所述的导管为微创介入手术医用导管。
所述阻尼器、直线导轨的行程和直线位移传感器的量程对应相等，可选择为0-400mm。
所述主从微创血管介入手术辅助系统主端操作器装置采用铝合金和不锈钢材料。
一种主从微创血管介入手术辅助系统主端操作器装置的工作方法，其特征在于包括以下几个部分：
①装置高度调节：
在进行手术操作时，根据不同操作者对操作器的高度要求，首先手动调节升降台I和升降台II获取；所述的升降台I，螺纹杆上有正反螺纹，手动转动螺纹杆时可以使轴I和轴II靠拢或者分离，从而调节升降台底板和升降台顶板间的距离，起到升降的效果；
②操作的实现及操作信息的提取：
主操作器上的电动夹具I和电动夹具II交替工作，当电动夹具I夹住导管时，导管和活塞杆以及安装在直线导轨上的扭矩反馈输出单元、光电编码器，直线位移传感器滑块固定成一个整体，操作导管能使这个整体运动；其中，夹具片的张开角度由夹具电机的旋转角度来决定，不同的夹具电机的旋转角度通过凸轮去控制夹具片的张开角度；
当电动夹具I松开后，电动夹具II夹紧导管时，因为电动夹具II安装在与高度可调底座固定的后端夹具安装板上，因此导管与高度可调底座保持不动，拉动活塞杆带动电动夹具I、以及安装在直线导轨上的扭矩反馈输出单元、光电编码器，直线位移传感器滑块整体移动以调整活塞到阻尼器的后侧而不影响导管的位置，然后电动夹具I夹紧，电动夹具II松开，开始新一程的操作；
所述电动夹具I夹住导管时，医生操作导管的运动有两个自由度，包括轴向和旋转：
Ⅰ、对于轴向运动信息的采集，安装在力矩输出电机安装板上的直线位移传感器滑块随着导管同步移动，直线位移传感器实时感应直线位移传感器滑块位置的变化即可得出导管的轴向位移及速率；
Ⅱ、对于旋转信息，导管的转动通过同步带和力矩输出电机的输出轴保持同步，因此安装在力矩输出电机上的光电编码器可以检测导管的旋转信息；
③从操作器的操作力在主操作器的反馈
从操作器的操作力信息包括轴向操作力和旋转操作力两种，其中：
Ⅰ、对于轴向操作力反馈，通过阻尼器结构应用智能材料磁流变液来实现：阻尼器壁和活塞间有间隙，活塞上缠有线圈；聚氨酯海绵浸泡磁流变液饱和后覆盖在缠有线圈的活塞上；当向线圈中通上电流时将产生以活塞、磁流变液、阻尼器壁、磁流变液、活塞的封闭磁回路，此时推动活塞运动，磁流变液则会产生剪切力，对活塞形成阻力；不同的磁场大小产生不同阻力，而磁场的大小可以通过控制线圈中的电流大小来获得，通过电动夹具I将活塞杆和导管固定在一起，这个阻力通过导管传递到操作者的手上形成轴向力反馈；
Ⅱ、扭矩的反馈，通过力矩输出电机来实现，扭矩反馈输出单元安装在直线导轨上，力矩输出电机的输出通过同步带轮I、同步带、同步带轮II、夹具连接轴传递到活塞杆，活塞杆和导管一起运动，因此输出力矩可以通过和活塞杆一起运动的导管传递到操作者手上，力矩输出电机的输出扭矩的大小由供电电流大小决定，而电流由从端反馈回来的扭矩信息和连接所固有的扭矩来决定。
本发明的优越性在于：1、允许医生直接操作一根真实导管，就像医生在传统介入手术中的操作方式一样，符合人体工学的要求，医生能够充分利用在传统手术中所积累的经验和技巧；2、本设计注重手术操作力的实时反馈，从侧操作器装置的操作力能够实时通过主操作器装置上的导管直接反馈到医生的操作手上，反馈直观，满足手术的安全性和医生操作的需求；3、医生操作的轴向信息采用完全无摩擦磁感应方式获取，高效且不增加附加负载；4、装置的高度可调，可以满足不同操作者对操作高度的不同要求。
(四)附图说明：
图1为本发明所涉一种主从微创血管介入手术辅助系统主端操作器装置的结构框图。
图2为本发明所涉一种主从微创血管介入手术辅助系统主端操作器装置的整体结构示意图。
图3为本发明所涉一种主从微创血管介入手术辅助系统主端操作器装置的轴向力反馈阻尼器结构示意图。
图4为本发明所涉一种主从微创血管介入手术辅助系统主端操作器装置的扭矩反馈输出单元与直线导轨11的安装示意图。
图5为本发明所涉一种主从微创血管介入手术辅助系统主端操作器装置的电动夹具Ⅰ17示意图(其中图5-a为分解图，图5-b为组合图)。
图6为本发明所涉一种主从微创血管介入手术辅助系统主端操作器装置的升降台Ⅰ1结构示意图。
其中，1为升降台Ⅰ，1-1为升降台底板，1-2为螺纹杆，1-3为轴Ⅰ，1-4为轴Ⅱ，1-5为升降台顶板，1-6为升降台支撑杆，2为升降台安装板，3为直线位移传感器，4为直线位移传感器滑块，5为升降台Ⅱ，6为力矩输出电机安装板，7为活塞杆，8为阻尼器支撑板Ⅰ，9为阻尼器，9-1为阻尼器壁，9-2为活塞，9-3为线圈，9-4为聚氨酯海绵，10为阻尼器支撑板Ⅱ，11为直线导轨，11-1为直线导轨轨道，11-2为直线导轨滑块，12为光电编码器，13为力矩输出电机，14为夹具连接轴，15为同步带轮Ⅰ，16为同步带轮Ⅱ，17为电动夹具Ⅰ，17-1为夹具板I，17-2为弹簧，17-3为夹具板II，17-4为螺丝，17-5为夹具片，17-6为夹具电机安装板，17-7为夹具电机，17-8为凸轮，17-9为销钉，18为导管，19为后端夹具安装板，20为电动夹具Ⅱ，21为电刷盘，22为同步带，23为轴支撑板。
(五)具体实施方式：
实施例：一种主从微创血管介入手术辅助系统主端操作器装置(见图1，图2)，其特征在于它包括轴向力反馈阻尼器单元、扭矩反馈输出单元、夹具单元、操作信息采集单元、导管18、直线导轨11和高度可调底座；其中，所述轴向力反馈阻尼器单元安装在高度可调底座上，其输出端输出为对导管18的阻尼信号；所述扭矩反馈输出单元安装在直线导轨11上，其输出端输出对夹具单元的力矩信号；所述夹具单元的输出端与导管18配合连接；所述操作信息采集单元的输入端采集扭矩反馈输出单元输出端输出的旋转角度信息和轴向运动信息，其输出为主从微创血管介入手术辅助系统的从操作器的操作动作提供依据；所述导管18穿过夹具单元；所述直线导轨11安装在高度可调底座；所述高度可调底座是主操作器的安装底座。
所述夹具单元的输出端与导管18的连接为夹紧导管18或松开导管18。
所述轴向力反馈阻尼器单元(见图2)由活塞杆7、阻尼器9、阻尼器支撑板Ⅰ8和阻尼器支撑板Ⅱ10构成；其中，所述阻尼器9安装在阻尼器支撑板Ⅰ8和阻尼器支撑板Ⅱ10上，其输出端输出为对活塞杆7的阻尼信号；所述活塞杆7的输入端接收阻尼器9的阻尼信号，其输出端输出对导管18的阻尼信号；所述阻尼器支撑板Ⅰ8和阻尼器支撑板Ⅱ10均安装在高度可调底座上。
所述阻尼器9(见图3)由阻尼器壁9-1、活塞9-2、线圈9-3和聚氨酯海绵9-4构成；其中，所述活塞9-2与活塞杆7连接；所述线圈9-3缠在活塞9-2上；所述聚氨酯海绵9-4覆盖在缠有线圈9-3的活塞9-2上。
所述的聚氨酯海绵9-4中吸附磁流变液至饱和。
所述扭矩反馈输出单元(见图1、图2)由力矩输出电机13、力矩输出电机安装板6、同步带轮Ⅰ15、同步带轮Ⅱ16和同步带22构成；其中，所述力矩输出电机13安装在力矩输出电机安装板6上，其输出端输出扭矩信号，通过同步带轮Ⅰ15、同步带轮Ⅱ16和同步带22与夹具单元连接；所述力矩输出电机安装板6安装在直线导轨11上；所述同步带轮Ⅰ15安装在力矩输出电机13的输出轴上；所述同步带轮Ⅱ16与夹具单元连接。
所述夹具单元(见图1、图2)由电动夹具Ⅰ17、电动夹具Ⅱ20、夹具连接轴14、电刷盘21、轴支撑板23和后端夹具安装板19构成；其中，所述电动夹具Ⅰ17连接在夹具连接轴14上，所述电动夹具Ⅰ17的输入端接收通过夹具连接轴14以及扭矩反馈输出单元的同步带轮Ⅰ15、同步带轮Ⅱ16、同步带22传递的扭矩反馈输出单元输出的扭矩信号，其输出端夹紧或松开导管18；所述电动夹具Ⅱ20安装在后端夹具安装板19上，其输出端夹紧或松开导管18；所述轴支撑板23上有穿孔，所述夹具连接轴14通过穿孔与轴支撑板23呈轴承连接；所述夹具连接轴14上安装有同步带轮Ⅱ16；所述夹具连接轴14的前端与轴向力反馈阻尼器单元中的活塞杆7呈螺纹连接，其后端与电动夹具Ⅰ17连接；所述轴支撑板23安装在扭矩反馈输出单元的力矩输出电机安装板6上，支撑夹具连接轴14；所述后端夹具安装板19安装在高度可调底座上；所述电刷盘21安装在夹具连接轴14上，防止电动夹具Ⅰ17的引线缠线。
所述电动夹具Ⅰ17(见图5a，图5b)由夹具板I17-1、弹簧17-2、夹具板II17-3、螺丝17-4、夹具片17-5、夹具电机安装板17-6、夹具电机17-7、凸轮17-8和销钉17-9构成；其中，所述夹具电机17-7安装在夹具电机安装板17-6上；所述凸轮17-8连接夹具电机17-7的输出端，并与夹具片17-5连接；所述夹具板I17-1连接在夹具连接轴14上；所述夹具板II17-3与夹具板I17-1之间、夹具板II17-3与夹具电机安装板17-6之间均通过螺丝连接；所述夹具片17-5通过销钉17-9固定在夹具板I17-1与夹具电机安装板17-6之间；所述夹具板II17-3上有螺纹孔，所述弹簧17-2穿过夹具板II17-3上螺纹孔，一端压在夹具片17-5上，一端与拧进夹具板II17-3上螺纹孔的螺丝17-4相接。
所述电动夹具II20与电动夹具I17有相同的结构。
所述直线导轨11(见图4)由直线导轨轨道11-1和直线导轨滑块11-2构成；其中，所述直线导轨滑块11-2上安装有扭矩反馈输出单元的力矩输出电机安装板6；所述直线导轨滑块11-2安装在直线导轨轨道11-1上，且所述直线导轨滑块11-2与直线导轨轨道11-1之间是滚珠连接。
所述高度可调底座(见图1、图2)由升降台Ⅰ1、升降台Ⅱ5和升降台安装板2构成；其中，所述升降台安装板2安装在升降台Ⅰ1和升降台Ⅱ5上；所述升降台安装板2上安装有轴向力反馈阻尼器单元的阻尼器支撑板Ⅰ8和阻尼器支撑板Ⅱ10、夹具单元的后端夹具安装板19以及直线导轨11的直线导轨轨道11-1。
所述升降台Ⅰ1(见图6)由升降台底板1-1、螺纹杆1-2、轴Ⅰ1-3、轴Ⅱ1-4、升降台顶板1-5和升降台支撑杆1-6构成；其中，所述升降台支撑杆1-6下端安装在升降台底板1-1上，上端支撑升降台顶板1-5；所述轴Ⅰ1-3作为升降台支撑杆1-6的旋转轴；所述轴Ⅱ1-4为升降台支撑杆1-6的旋转轴；所述螺纹杆1-2穿过轴Ⅰ1-3和轴Ⅱ1-4，且与轴Ⅰ1-3和轴Ⅱ1-4的连接螺纹方向相反。
所述升降台Ⅱ5与升降台Ⅰ1具有相同结构。
所述操作信息采集单元(见图1、图2)由直线位移传感器3、直线位移传感器滑块4和光电编码器12构成；其中，所述直线位移传感器3安装在升降台安装板2上，其输入端接收直线位移传感器滑块4的位置信号；所述直线位移传感器滑块4安装在扭矩反馈输出单元的力矩输出电机安装板6上；所述光电编码器12安装在扭矩反馈输出单元的力矩输出电机13上，其输入端接收力矩输出电机13的旋转角度信号。
所述的导管18为微创介入手术医用导管。
所述阻尼器9、直线导轨11的行程和直线位移传感器3的量程对应相等，可选择为0-400mm，本实施例为200mm。
所述主从微创血管介入手术辅助系统主端操作器装置采用铝合金和不锈钢材料。
一种主从微创血管介入手术辅助系统主端操作器装置的工作方法，其特征在于包括以下几个部分：
①装置高度调节：
在进行手术操作时，根据不同操作者对操作器的高度要求，首先手动调节升降台Ⅰ1和升降台Ⅱ5获取。所述的升降台Ⅰ1(见图6)，螺纹杆1-2上有正反螺纹，手动转动螺纹杆1-2时可以使轴Ⅰ1-3和轴Ⅱ1-4靠拢或者分离，从而调节升降台底板1-1和升降台顶板1-5间的距离，起到升降的效果；
②操作的实现及操作信息的提取：
主操作器上的电动夹具Ⅰ17和电动夹具Ⅱ20交替工作，当电动夹具Ⅰ17夹住导管18时，导管18和活塞杆7以及安装在直线导轨11上的扭矩反馈输出单元、光电编码器12，直线位移传感器滑块4固定成一个整体，操作导管18能使这个整体运动；其中，夹具片17-5的张开角度由夹具电机17-7的旋转角度来决定，不同的夹具电机17-7的旋转角度通过凸轮17-8去控制夹具片17-5的张开角度；
当电动夹具Ⅰ17松开后，电动夹具Ⅱ20夹紧导管18时，因为电动夹具Ⅱ20安装在与高度可调底座固定的后端夹具安装板19上，因此导管18与高度可调底座保持不动，拉动活塞杆7带动电动夹具Ⅰ17、以及安装在直线导轨11上的扭矩反馈输出单元、光电编码器12，直线位移传感器滑块4整体移动以调整活塞9-2到阻尼器9的后侧而不影响导管18的位置，然后电动夹具Ⅰ17夹紧，电动夹具Ⅱ20松开，开始新一程的操作；
所述电动夹具Ⅰ17夹住导管18时，医生操作导管18的运动有两个自由度，包括轴向和旋转：
Ⅰ、对于轴向运动信息的采集，安装在力矩输出电机安装板6上的直线位移传感器滑块4随着导管18同步移动，直线位移传感器3实时感应直线位移传感器滑块4位置的变化即可得出导管18的轴向位移及速率；
Ⅱ、对于旋转信息，导管18的转动通过同步带22和力矩输出电机13的输出轴保持同步，因此安装在力矩输出电机13上的光电编码器12可以检测导管18的旋转信息；
③从操作器的操作力在主操作器的反馈
从操作器的操作力信息包括轴向操作力和旋转操作力两种，其中：
Ⅰ、对于轴向操作力反馈，通过阻尼器结构应用智能材料磁流变液来实现：阻尼器壁9-1和活塞9-2间有间隙，活塞9-2上缠有线圈9-3；聚氨酯海绵9-4浸泡磁流变液饱和后覆盖在缠有线圈9-3的活塞9-2上；当向线圈9-3中通上电流时将产生以活塞9-2、磁流变液、阻尼器壁9-1、磁流变液、活塞9-2的封闭磁回路，此时推动活塞9-2运动，磁流变液则会产生剪切力，对活塞9-2形成阻力；不同的磁场大小产生不同阻力，而磁场的大小可以通过控制线圈9-3中的电流大小来获得，通过电动夹具Ⅰ17将活塞杆7和导管18固定在一起，这个阻力通过导管18传递到操作者的手上形成轴向力反馈；
Ⅱ、扭矩的反馈，通过力矩输出电机13来实现，扭矩反馈输出单元安装在直线导轨11上，力矩输出电机13的输出通过同步带轮Ⅰ15、同步带22、同步带轮Ⅱ16、夹具连接轴14传递到活塞杆7，活塞杆7和导管18一起运动，因此输出力矩可以通过和活塞杆7一起运动的导管18传递到操作者手上，力矩输出电机13的输出扭矩的大小由供电电流大小决定，而电流由从端反馈回来的扭矩信息和连接所固有的扭矩来决定。
Claims (3)
1.一种主从微创血管介入手术辅助系统主端操作器装置，其特征在于它包括轴向力反馈阻尼器单元、扭矩反馈输出单元、夹具单元、操作信息采集单元、导管、直线导轨和高度可调底座；其中，所述轴向力反馈阻尼器单元安装在高度可调底座上，其输出端输出为对导管的阻尼信号；所述扭矩反馈输出单元安装在直线导轨上，其输出端输出对夹具单元的力矩信号；所述夹具单元的输出端与导管配合连接；所述操作信息采集单元的输入端采集扭矩反馈输出单元输出端输出的旋转角度信息和轴向运动信息，其输出为主从微创血管介入手术辅助系统的从操作器的操作动作提供依据；所述导管穿过夹具单元；所述直线导轨安装在高度可调底座；所述高度可调底座是主操作器的安装底座；所述夹具单元的输出端与导管的连接为夹紧导管或松开导管；
所述轴向力反馈阻尼器单元由活塞杆、阻尼器、阻尼器支撑板I和阻尼器支撑板II构成；其中，所述阻尼器安装在阻尼器支撑板I和阻尼器支撑板II上，其输出端输出为对活塞杆的阻尼信号；所述活塞杆的输入端接收阻尼器的阻尼信号，其输出端输出对导管的阻尼信号；所述阻尼器支撑板I和阻尼器支撑板II均安装在高度可调底座上；
所述扭矩反馈输出单元由力矩输出电机、力矩输出电机安装板、同步带轮I、同步带轮II和同步带构成；其中，所述力矩输出电机安装在力矩输出电机安装板上，其输出端输出扭矩信号，通过同步带轮I、同步带轮II和同步带与夹具单元连接；所述力矩输出电机安装板安装在直线导轨上；所述同步带轮I安装在力矩输出电机的输出轴上；所述同步带轮II与夹具单元连接；
夹具单元由电动夹具I、电动夹具II、夹具连接轴、电刷盘、轴支撑板和后端夹具安装板构成；其中，所述电动夹具I连接在夹具连接轴上，所述电动夹具I的输入端接收通过夹具连接轴以及扭矩反馈输出单元的同步带轮I、同步带轮II、同步带传递的扭矩反馈输出单元输出的扭矩信号，其输出端夹紧或松开导管；所述电动夹具II安装在后端夹具安装板上，其输出端夹紧或松开导管；所述轴支撑板上有穿孔，所述夹具连接轴通过穿孔与轴支撑板呈轴承连接；所述夹具连接轴上安装有同步带轮II；所述夹具连接轴的前端与轴向力反馈阻尼器单元中的活塞杆呈螺纹连接，其后端与电动夹具I连接；所述轴支撑板安装在扭矩反馈输出单元的力矩输出电机安装板上，支撑夹具连接轴；所述后端夹具安装板安装在高度可调底座上；所述电刷盘安装在夹具连接轴上，防止电动夹具I的引线缠线；
所述电动夹具Ⅰ由夹具板I、弹簧、夹具板II、螺丝、夹具片、夹具电机安装板、夹具电机、凸轮和销钉构成；其中，所述夹具电机安装在夹具电机安装板上；所述凸轮连接夹具电机的输出端，并与夹具片连接；所述夹具板I连接在夹具连接轴上；所述夹具板II与夹具板I之间、夹具板II与夹具电机安装板之间均通过螺丝连接；所述夹具片通过销钉固定在夹具板I与夹具电机安装板之间；所述夹具板II上有螺纹孔，所述弹簧穿过夹具板II上螺纹孔，一端压在夹具片上，一端与拧进夹具板II上螺纹孔的螺丝相接；所述电动夹具II与电动夹具I有相同的结构；
所述直线导轨由直线导轨轨道和直线导轨滑块构成；其中，所述直线导轨滑块上安装有扭矩反馈输出单元的力矩输出电机安装板；所述直线导轨滑块安装在直线导轨轨道上，且所述直线导轨滑块与直线导轨轨道之间是滚珠连接；所述高度可调底座由升降台I、升降台II和升降台安装板构成；其中，所述升降台安装板安装在升降台I和升降台II上；所述升降台安装板上安装有轴向力反馈阻尼器单元的阻尼器支撑板I和阻尼器支撑板II、夹具单元的后端夹具安装板以及直线导轨的直线导轨轨道；
所述升降台I由升降台底板、螺纹杆、轴I、轴II、升降台顶板和升降台支撑杆构成；其中，所述升降台支撑杆下端安装在升降台底板上，上端支撑升降台顶板；所述轴I作为升降台支撑杆的旋转轴；所述轴II为升降台支撑杆的旋转轴；所述螺纹杆穿过轴I和轴II，且与轴I和轴II的连接螺纹方向相反；所述升降台II与升降台I具有相同结构；
所述操作信息采集单元由直线位移传感器、直线位移传感器滑块和光电编码器构成；其中，所述直线位移传感器安装在升降台安装板上，其输入端接收直线位移传感器滑块的位置信号；所述直线位移传感器滑块安装在扭矩反馈输出单元的力矩输出电机安装板上；所述光电编码器安装在扭矩反馈输出单元的力矩输出电机上，其输入端接收力矩输出电机的旋转角度信号。
2.根据权利要求1所述一种主从微创血管介入手术辅助系统主端操作器装置，其特征在于所述阻尼器由阻尼器壁、活塞、线圈和聚氨酯海绵构成；其中，所述活塞与活塞杆连接；所述线圈缠在活塞上；所述聚氨酯海绵覆盖在缠有线圈的活塞上；所述的聚氨酯海绵中吸附磁流变液至饱和。
3.根据权利要求1所述一种主从微创血管介入手术辅助系统主端操作器装置，其特征在于所述的导管为微创介入手术医用导管；所述阻尼器、直线导轨的行程和直线位移传感器的量程对应相等，选择为0-400mm。
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