CN107374740B - 一种导管导丝协同操作介入机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导管导丝协同操作介入机器人及其控制方法，属于微创血管介入手术领域。该系统包括操作平台，以及设置其上的导管控制器和导丝控制器；操作平台包括平台主梁，其上通过直线导轨副设置有两个平台连接块，分别安装导管控制器和导丝控制器；平台连接块通过平台驱动机构驱动；导管控制器包括主体部分和用于夹持导管的导管夹紧机构；导丝控制器包括夹持机构，它包括套筒、制动件和夹持件，带有夹持端头的夹持件装入制动件后，制动件与套筒螺纹连接，通过制动件与套筒相对转动可驱动夹持端头夹紧导丝。本发明的系统在移动平台上安装导管控制器和导丝控制器，分别对导管和导丝进行控制，并配合操作平台的控制，完成导管导丝的协同操作。

Description

一种导管导丝协同操作介入机器人

技术领域

本发明属于微创血管介入手术技术领域，涉及对于介入手术中机器人从端中导管导丝的控制技术，更具体地说，涉及一种导管导丝协同操作介入机器人及其控制方法。

背景技术

日益高发的心脑血管疾病严重影响国民健康与社会生活，为中国医疗卫生体系带来巨大压力。心脑血管疾病已经成为人类疾病死亡的三大原因之一，全球每年有1670万人死于心脑血管疾病，占所有疾病死亡率的29.2％，每年我国900万心脑血管疾病患者中就有250万人死亡。

心脑血管微创介入疗法是针对心脑血管疾病的主要治疗手段，能减少传统开颅、开胸手术给患者带来的创伤及痛苦，术后恢复时间短，能够有效提高医疗资源利用率。然而，传统心脑血管介入手术由医生手动将导管、导丝以及支架等器械送入病患体内。一方面，手术过程中，由于放射线影响，医生体力下降较快，注意力及稳定性随之降低，导致操作精度下降，易发生因推送力不当而引起的血管内膜损伤、血管穿孔破裂等事故，导致病人生命危险。另一方面，长期电离辐射的累积伤害会大幅地增加术者罹患白血病、癌症以及急性白内障的几率。“吃线”问题已经成为损害医生职业生命、制约介入手术发展不可忽视的问题。借助机器人技术进行导管、导丝遥操作的手术方法能够有效应对这一问题，可以大幅提高手术操作的精度与稳定性，同时能有效降低放射线对主刀医生的伤害，降低术中事故的发生几率。因此，心脑血管介入手术辅助机器人越来越多的被人们所关注，逐渐成为当今各科技强国在医疗机器人领域的重点研发对象。

国外血管介入手术机器人研究相对较早，但尚未完全实现临床应用。国内相关研究起步较晚，主要有北京理工大学、天津理工大学、北京航空航天大学和哈尔滨工业大学等。

目前血管介入手术机器人主要采用主从端操作结构，以将医生与放射线隔离，如天津理工大学申请的申请号为：201410206956.7，公开日为：2014年9月17日的发明专利，公开了一种主从微创血管介入手术辅助系统从操作器装置，它包括轴向推送单元、旋转单元、夹取单元、手术导管、操作力检测单元和倾角可调底座，其工作方法包括信号检测、传递、处理、动作。优越性在于：可以模仿医生的介入操作动作，操作精度高，有效提高手术安全性；可以保证不同的接受治疗者或者不同的介入位置均能调整到操作者所期望的角度；装置整体采用铝合金材料，尺寸小、质量轻。该发明能够很好地完成导丝的推送，并且采用磁流变液来实现力反馈，存在运动部件惯量小、反馈灵敏等优点。又如，北京航空航天大学申请的申请号为：201210510169.2，公开日为：2014年9月17日的专利文献，公开了一种主从式遥操作血管介入手术机器人，包括主端操控机构、从端推进机构、PMC控制器；主端操控机构作为医生的操作端；从端推进机构作为机器人的执行机构，在手术室内代替医生把持导管，完成导管的运动功能；PMC控制箱用来实现主端操控机构与从端推进机构间的信息传递，从而使从端导管推进机构按照主端操控机构的运动信息进行运动，其采用主从遥操作方式辅助医生实施手术，从端推进机构实现导管的轴向进给和周向旋转运动。再如，哈尔滨工业大学于2011年1月17日申请的名称为一种用于血管内微创介入手术的导管机器人系统的专利，它的主手手柄及计算机主机置于控制室内，控制柜、导管手柄、主从介入装置、磁场发生器及可控导管置于手术室内，主手手柄位姿信号经计算机主机处理后传递给控制柜，控制柜内有运动控制卡和驱动器，运动控制卡接收命令发送指令到驱动器，驱动器将控制信号传递给主从介入装置的各个电机，进而控制介入装置实现可控导管的推/拉、旋转和弯曲操作，位姿传感器采集到可控弯曲段的位姿信息，位姿信号经运动控制卡传给计算机主机进行信号处理。该方案采用了可控导管，可获得可控导管弯曲可控段的位姿信息，保证可控导管前端的灵活性以及插管手术的可操纵性，同时通过主手手柄控制主从介入装置实现可控导管的推\拉、旋转和弯曲动作，并能获得手术室可控导管输送力信息，保证插管的精确性与稳定性。

上述方案都是对于国内对于血管介入手术机器人较为先进的研究，但它们都存在如下几方面问题：(1)只能单独推送导丝或导管，不能在手术过程中协同推送导管和导丝，使其不能完全模拟医生的操作动作，并且在一些需要导丝导管同时配合前进的部位难以操作，进而造成操作精度低、手术效率低下、对医生的辅助程度低、存在一定的安全隐患；(2)结构相对比较臃肿复杂，不仅制造成本高，而且影响操作精度；(3)导管导丝的拆装不方便，不易于手术中更换导管导丝，对导管导丝进行消毒处理；(4)手术中无法知晓导管导丝在血管内的相对位置，手术风险较高。

发明人一直致力于此方面的研究，并在此之前申请了相关专利，如中国专利申请号为：201510064919.1，公开日为：2015年5月20日的专利文献，公开了一种用于介入手术机器人的测量装置，它的基座通过合页连接有上盖；上盖设有凹形限位板以及推块，当上盖闭合时，凹形限位板将柱齿轮与主动轮、惰轮压紧，限制竖直方向位移，推块将左侧U型挡片向右侧推进，另右侧U型挡片、左侧U型挡片将导丝驱动辅助件夹紧；基座安装在直线驱动组件的滑块上。该方案可有效减少推送力在传导过程中的损失、降低因装配或振动等原因引起的较大误差，但其也只用于驱动导丝，无法完成导管导丝的协同操作；而且，虽然导丝的拆装相比前述设计有所改进，但是依然有所改进；另外，其也无法在手术中了解导丝在血管内，导丝头端与血管壁之间的相对位置。

在此之后，发明人持续对介入手术机器人的技术进行研究，并于2016年3月3日申请了申请号为：201610119761.8，名称为：主从微创血管介入手术机器人从端及其控制方法的专利，它包括从端控制机构和从端移动平台，从端控制机构由夹持驱动机构Ⅰ、推力反馈机构Ⅱ、无损夹持机构Ⅲ、夹持控制机构Ⅳ组成，同时本发明还给出了其控制方法。该方案通过设计了无损夹持机构、夹持控制机构、夹持驱动机构和推力反馈机构，来完成手术过程中导丝的夹持、放松、旋转、推送、推送力测量等操作，增加了推送力测量的准确性，提高了导丝夹持的可靠性，但是其结构相对复杂，易拆装性也未有太大提高，同时在推送过程中导管或导丝头端与血管壁之间的相对位置问题也没有得到很好的解决。

需要特别说明的是，导管导丝的夹持机构都是在操作平台上实现推送的，因实际手术的操作需求，需要导管、导丝以及辅助机构等同轨布置，且能够任意实现各自在轴向上的直线运动，而现有技术采用电机带动螺母丝杆副组成的滑轨来完成直线运动，存在以下问题：(1)体积重量大：由于需要两套滑轨来分别操纵导管和导丝，增大了装置体积，同时由于两套滑轨的重量大，因此不适合临床手术操作；(2)不能再现医生手部操作的实际动作：利用两套滑轨来完成导管和导丝的控制，因其采用同轴布置，使得导管和导丝的运动行程没有交集，即导丝控制滑轨在轴向上的位置始终远远落后于导管控制滑轨在轴向上的位置，而在实际操作过程中，医生操作导管和导丝的手部的距离是任意的，因而其不能再现医生手部操作的实际动作，不能完成导管和导丝的协同推送，不符合实际手术操作需求；(3)扩展性差：手术过程中，需要对导管和导丝进行辅助操作，而辅助操作的轴向直线运动与导管、导丝的运动不同步时，需要增加滑轨，而采用现有直线滑轨的形式，利用滑轨通轴布置，各自的行程是没有交集的，因此不能完成对其功能的扩展。目前也急切需要提供一种能够实现导管导丝协同操作的手术机器人操作平台。

发明内容

1、要解决的问题

本发明提供一种导管导丝协同操作介入机器人及其控制方法，该机器人目的在于解决现有技术难以满足导管导丝协同操作要求的问题；该系统在操作平台上安装导管控制器和导丝控制器，分别对导管和导丝进行控制，并配合操作平台的控制，完成导管导丝的协同操作；该方法可通过操作平台控制导管控制器和导丝控制器完成对导管和导丝的协同操作控制。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种导管导丝协同操作介入机器人，包括操作平台、用于控制导管动作的导管控制器和用于控制导丝动作的导丝控制器；所述导管控制器和导丝控制器设置在操作平台上，操作平台可控制导管控制器和导丝控制器之间的相对运动；

所述操作平台包括平台主梁，平台主梁上通过直线导轨副D设置有两个平台连接块，分别安装导管控制器和导丝控制器；所述每个平台连接块都通过一个平台驱动机构驱动；

所述导管控制器包括主体部分、导管夹紧机构和导丝辅助夹紧机构，导管夹紧机构用于夹持导管，导丝辅助夹紧机构用于辅助夹紧或松开导丝；所述的导管夹紧机构和导丝辅助夹紧机构均可拆卸安装在主体部分上；

所述导丝控制器包括夹持机构；所述的夹持机构包括套筒、制动件和夹持件，带有夹持端头的夹持件装入制动件后，制动件与套筒螺纹连接，通过制动件与套筒相对转动可驱动夹持端头夹紧导丝。

作为进一步改进，所述的平台驱动机构包括平台电机和同步带；所述平台电机设置在平台主梁的一端，它连接有主同步轮，平台主梁的另一端安装从同步轮，主同步轮和从同步轮之间通过同步带传动连接，平台连接块连接同步带。

作为进一步改进，所述操作平台还包括用于检测平台连接块在平台主梁上位移的位置检测机构。

作为进一步改进，所述位置检测机构包括设置在平台主梁一侧的光栅尺和固定在平台连接块上的光栅尺读头；所述光栅尺读头上沿平台连接块的运动方向设置有两个反向的限位传感器。

作为进一步改进，所述的导管夹紧机构包括医用三通阀和夹持组件；所述的医用三通阀用于连接导管，它通过夹持组件固定在主体部分上；所述的主体部分包括壳体A和安装在壳体A上的上盖A，夹持组件可拆卸安装在上盖A上。

作为进一步改进，所述导管控制器还包括导管扭转组件，导管扭转组件用于驱动医用三通阀的螺旋帽带动导管旋转；所述导管扭转组件包括电机A、小齿轮和大齿轮；所述电机A安装在主体部分中，它连接小齿轮；所述大齿轮与安装在医用三通阀的螺旋帽上的连接鞘配合，连接鞘用于固定导管；所述的小齿轮和大齿轮啮合传动。

作为进一步改进，所述导管控制器还包括用于检测导管的推送力的导管测力组件；所述导管测力组件包括设置在主体部分中的隔板、导管连接板和力传感器；所述导管连接板通过直线导轨副设置在隔板上，导管连接板用于连接导管夹紧机构；所述力传感器一端与隔板连接，另一端与导管连接板连接。

作为进一步改进，所述的医用三通阀通过两个夹持组件从两侧将其夹持固定，每个夹持组件包括夹持块和固定在夹持块下方的开关底座，夹持块和开关底座之间设置可以拨动的开关，开关用于锁住或解锁导管连接板。

作为进一步改进，所述的导丝辅助夹紧机构包括支撑件、夹紧件和驱动元件；所述夹紧件通过弹簧支撑设置在支撑件中，夹紧件的上端具有压紧块，驱动元件可驱动支撑件在竖直方向上下移动。

作为进一步改进，所述的驱动元件为舵机，舵机连接线轮，线轮上缠绕有线，线的一端连接夹紧件。

作为进一步改进，所述套筒的一端具有螺纹孔，螺纹孔的尾端为锥孔；所述的制动件具有与套筒的螺纹孔配合的螺纹段；所述夹持件装入套筒后夹持端头外露，夹持端头具有与套筒中锥孔相配合的外锥面，夹持端头沿外锥面的周向开设有至少两个切口。

作为进一步改进，所述导丝控制器还包括用于夹紧或松开制动件的刹车制动组件；所述刹车制动组件包括刹车块和连接刹车块的驱动元件；所述制动件设置有刹车盘，刹车制动组件的驱动元件可驱动刹车块压紧或松开刹车盘。

作为进一步改进，所述的驱动元件为推拉式电磁铁。

作为进一步改进，所述导丝控制器还包括用于驱动套筒转动的套筒驱动组件；所述套筒驱动组件包括连接套筒的大人字齿轮、与大人字齿轮啮合的小人字齿轮和用于驱动小人字齿轮的电机B。

作为进一步改进，所述的电机B连接联轴器，联轴器通过滚珠花键副与小人字齿轮连接。

作为进一步改进，所述的夹持机构通过导轨滑块组件支撑设置于安装在壳体B内的支撑板上。

作为进一步改进，所述壳体B可拆卸安装有上盖B，上盖B相对的两侧均设有耳板，上盖B通过耳板与壳体B可拆卸连接。

作为进一步改进，所述导轨滑块组件具有两组，分别对套筒的两端进行支撑，每组导轨滑块组件包括分别安装在支撑板和上盖B上的两对滑动导轨，它们分别连接有下托板和上托板，下托板安装下半轴承座，上托板安装上半轴承座，上半轴承座和下半轴承座组合成完整的轴承座对安装在套筒上的轴承进行支撑。

作为进一步改进，所述的刹车制动组件位于下托板上，支撑板和下托板之间设置测力仪。

一种导管导丝协同操作介入机器人的控制方法，完成对导管和导丝的协同操作，其步骤包括：操作平台控制导管控制器和导丝控制器在移动方向上的相对位置，完成导管和导丝的协同推送操作；其中，导管控制器用于控制导管的动作，导丝控制器用于控制导丝的动作。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明导管导丝协同操作介入机器人，在操作平台上设置导管控制器和导丝控制器，并通过操作平台控制导管控制器和导丝控制器的相对运动，配合导管控制器对于导管的控制，以及导丝控制器对于导丝的控制，可以满足介入手术中对于导管导丝的协同操作，满足手术的复杂操控需求，该种方式模拟医生手部动作，更加符合医生操作习惯；

(2)本发明导管导丝协同操作介入机器人，操作平台中将导管和导丝的轴向移动控制单轨道布置，即采用一个轨道多个平台连接块的形式，平台连接块用于固定导管控制器或导丝控制器，由于采用多个滑块在同一个轨道上运行，每个滑块的行程完全重合，不同的是先后顺序，此种方式完全符合医生手部的实际操作形式，能够完成导管和导丝的协同推送，符合实际手术操作需求；

(2)本发明导管导丝协同操作介入机器人，操作平台对于导管控制器和导丝控制器的直线控制采用一个轨道多个滑块的形式，避免了现有技术中对于每个直线运动的控制都需要一套轨道和一套滑块而造成体积大，重量大的问题，本发明采用多个滑块共用轨道的形式，缩小了装置体积，并减轻了装置的重量，降低了成本，使得能够更好地应用于临床手术；

(3)本发明导管导丝协同操作介入机器人，操作平台能够根据需要进行功能扩展，当手术过程中需要对导管和导丝进行辅助操作时，而辅助操作的轴向直线运动与导管、导丝的运动不同步时，可通过增加平台连接块的数量来完成，利用增加的平台连接块来承载辅助操作装置，进而实现对导管和导丝的辅助作用，其能够根据具体需要进行功能扩展，扩展性好，同时其操作相对简单；

(4)本发明导管导丝协同操作介入机器人，操作平台采用同步轮带动同步带来完成直线移动的控制，控制精度高，由于同步带代替传统的刚性结构，使得其结构简单，机构相对较轻，惯性小，装置的柔顺性好，不会产生刚性碰撞或冲击，同时每个平台连接块的运动都通过一个电机单独控制，对于平台连接块各自的运动能够线性控制，适合临床使用；

(5)本发明导管导丝协同操作介入机器人，操作平台设置位置检测机构，通过光栅尺读头读取光栅尺信息，可精确知晓导管控制器和导丝控制器的位移，从而控制导管和导丝的推送距离；且安装限位传感器，可检测导管控制器和导丝控制器的极限位置，同时也可检测导管控制器和导丝控制器之间的相对位置，从而达到导管导丝协同配合的作用；

(6)本发明导管导丝协同操作介入机器人，导管控制器中通过将导管夹紧机构和导丝辅助夹紧机构可拆卸地安装在主体部分上，简单的组合方式，方便拆装，且导管夹紧机构能够夹持导管，导丝辅助夹紧机构夹紧或放松导丝，从而配合导丝控制器，可实现导管导丝的单独或同时推送，协同工作；

(7)本发明导管导丝协同操作介入机器人，导管控制器中导管夹紧机构采用夹持组件夹持医用三通阀的结构形式，拆装组合简单，大大简化了夹持结构，医用三通阀不仅可以与导管简单快速的连接，便于它们连接处的消毒，而且更主要的是通过医用三通阀，可在手术过程中向血管内打入造影剂，对血管内部进行造影，进而可观察导管导丝与血管的相对位置，便于对导管导丝的进一步操作，提高手术的安全性；另外，医用三通阀的成本较低，可一次性使用，用完即可丢弃，不像现有的夹持机构还需要反复拆装消毒；

(8)本发明导管导丝协同操作介入机器人，导管控制器中通过导管扭转组件可实现对导管的扭转操作，从而满足手术过程中对导管头端的角度控制，保证导管在血管内能够顺利向预定位置推进；导管扭转组件采用电机驱动齿轮的形式，通过调整小齿轮和大齿轮的传动比，可调整导管的转动速度，且大齿轮与医用三通阀的连接通过连接鞘实现，既能完成导管的扭转驱动，又能简单方便的将导管安装到医用三通阀上；同样，导丝扭转组件也存在同样的作用效果；

(9)本发明导管导丝协同操作介入机器人，导管控制器或导丝控制器中通过测力元件能够检测导管或导丝在推送过程中的推送力，达到导管或导丝的精确控制，提高手术安全性；采用传感器进行实时的动态力反馈，为医生手术控制推送力大小；导管控制器中测力组件安装在主体部分内部，结构紧凑，结构相对封闭，能够很好的保护力传感器，且力传感器的测力形式简单便捷，中间连接件相对较少，测力准确度高；

(10)本发明导管导丝协同操作介入机器人，导管控制器中导管夹紧机构的夹持组件既可以简单的对医用三通阀进行可靠夹持，而且通过夹持组件中的开关拨动，即可快速完成导管夹持器与测力组件中导管连接板的拆装，结构设计巧妙；

(11)本发明导管导丝协同操作介入机器人，导管控制器中导丝辅助夹紧机构创新性地采用舵机驱动线轮带动线拉动夹紧件对导丝进行辅助夹紧的结构形式，弹簧的反向作用力可使夹紧件松开导丝，操作简单方便，便于控制，可配合导管夹紧机构完成对导管导丝的协同配合操作；

(12)本发明导管导丝协同操作介入机器人，导丝控制器中对导丝的夹持机构进行了创新性设计，采用套筒和制动件的螺纹旋接驱动夹持件的夹持端头通过锥面配合挤压进行收缩或张开，从而夹紧或松开导丝，根据螺纹旋合深度控制夹持件的夹持端头的开口大小，控制夹持力度，满足对于导丝不同夹紧力的无极调节，易于实现无损夹持；而且利用锥面配合夹紧方式，接触面大，夹紧力均匀可靠，不会出现打滑现象；该种方式，可集夹持、扭转、推送等操作与一体，相比现有导丝夹持结构得到大大简化，可高效、精确、可靠地对导管导丝进行夹持；

(13)本发明导管导丝协同操作介入机器人，导丝控制器的夹持机构中套筒和制动件都设有中心孔，可供导管或导丝穿过，其套筒具有螺纹孔，螺纹孔的尾端为锥孔，制动件具有与套筒的螺纹孔配合的螺纹段，夹持件装入套筒后夹持端头外露，且夹持端头端具有切口，套筒和制动件螺纹旋合时，可推动夹持件的夹持端头端与套筒的锥孔锥面接触并挤压，因为切口的存在，夹持端头径向收缩，开口变小，从而可以夹紧导丝；

(14)本发明导管导丝协同操作介入机器人，导丝控制器的夹持机构对导丝的夹持是通过套筒驱动组件和刹车制动组件的配合完成的，套筒和制动件采用螺纹旋接方式，必然存在相对的旋转，刹车制动组件对制动件进行夹持，套筒驱动组件驱动套筒旋转，从而实现套筒和制动件螺纹旋接的结构需求；刹车制动组件采用驱动元件驱动刹车块来压紧或松开制动件上刹车盘的结构形式，非常简易，也易于控制；

(15)本发明导管导丝协同操作介入机器人，导丝控制器的夹持机构采用套筒和制动件螺纹旋合的方式，它们在相对转动的同时，必然还有沿轴向的直线运动，这就要求套筒驱动组件和刹车制动组件适应此种特殊传动方式，而制动件由刹车制动组件锁死，因此套筒需要轴向动作；为了满足此种需求，套筒驱动组件采用大小人字齿轮的啮合传动，能够承受轴向力；更重要的是，电机与小人字齿轮之间通过滚珠花键副连接，小人字齿轮在转动的同时，可几乎无阻力的进行轴向运动，以满足套筒的动作需求，降低后续对导丝推送阻力检测精度的影响；

(16)本发明导管导丝协同操作介入机器人，导丝控制器中夹持机构、套筒驱动组件和刹车制动组件都设置在壳体B内，并通过上盖盖合，整体较为封闭，对装置保护较好，有利于保证装置精度；

(17)本发明导管导丝协同操作介入机器人，导丝控制器中为满足夹持机构的特殊夹持方式，采用导轨滑块组件对夹持机构进行支撑，不仅能稳定支撑，也可满足套筒轴向移动的需求，并且通过上下两组导轨滑块组件来支撑固定轴承，支撑稳定可靠，而且拆装方便，便于取下夹持机构；

(18)本发明导管导丝协同操作介入机器人，导丝控制器中支撑板和下托板之间设置测力仪，配合导轨滑块组件的结构形式，可以对导丝的推送阻力进行实时高精度的检测，从而在手术过程中感受推送力的变化，提高操作安全性；

附图说明

图1为本发明的操作平台从上方观察的立体结构示意图；

图2为本发明的操作平台中平台连接块部分的局部放大示意图；

图3为本发明中导管控制器的立体结构示意图；

图4为导管控制器中主体部分的主视结构示意图；

图5为图4中A-A剖视图；

图6为图5中B-B剖视图；

图7为导管控制器中主体部分的爆炸视图；

图8为导管控制器中导管夹持机构的主视结构示意图；

图9为图8中C-C剖视图；

图10为导管控制器中导管夹持机构的立体结构示意图；

图11为导管控制器中导管夹持机构的爆炸视图；

图12为导管控制器中导丝辅助夹紧机构的立体结构示意图；

图13为导管控制器中导丝辅助夹紧机构的爆炸视图；

图14为本发明中导丝控制器的立体结构示意图；

图15为导丝控制器中局部部件爆炸示意图；

图16为导丝控制器中夹紧机构的剖视结构图及其局部放大图。

图中：1、主体部分；110、壳体A；111、插板；120、上盖A；

2、导丝辅助夹紧机构；210、基座；211、插块；220、支撑件；221、弹簧腔；230、夹紧件；231、压紧块；240、弹簧；250、舵机；260、线轮；

3、导管夹紧机构；310、医用三通阀；320、夹持组件；321、开关底座；322、夹持块；323、开关；324、连接鞘；

4、导管扭转组件；401、电机A；402、小齿轮；403、大齿轮；

5、导管测力组件；510、隔板；520、直线导轨副；530、承托板；540、导管连接板；541、插接板；542、插接孔；550、力传感器；560、传感器固定板；

6、夹持机构；610、套筒；620、制动件；621、螺纹段；622、刹车盘；630、夹持件；631、夹持端头；

7、套筒驱动组件；710、大人字齿轮；720、小人字齿轮；730、电机B；740、滚珠花键副；750、联轴器；760、支撑板；

8、刹车制动组件；810、磁铁支架；820、刹车块；821、导柱；830、推拉式电磁铁；840、测力仪；

9、外壳部分；910、壳体B；920、上盖B；921、耳板；930、导轨滑块组件；931、滑动导轨；932、上托板；933、上半轴承座；934、下托板；935、下半轴承座；

1010、平台主梁；1020、直线导轨副D；1030、平台连接块；1031、快接孔；1040、平台驱动机构；1041、平台电机；1042、主同步轮；1043、从同步轮；1044、同步带；1050、位置检测机构；1051、光栅尺；1052、光栅尺读头；1053、限位传感器。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。

实施例1

本实施例提供一种导管导丝协同操作介入机器人，主要完成对导管导丝的协同操作控制，它主要包括操作平台、用于控制导管动作的导管控制器和用于控制导丝动作的导丝控制器；其中，导管控制器和导丝控制器设置在操作平台上，操作平台可控制导管控制器和导丝控制器之间的相对运动。通过操作平台控制导管控制器和导丝控制器的相对运动，配合导管控制器对于导管的控制，以及导丝控制器对于导丝的控制，可以满足介入手术中对于导管导丝的协同操作，满足手术的复杂操控需求，该种方式模拟医生手部动作，能加符合医生操作习惯。下面对各部的结构进行详细说明。

如图1、图2展示出操作平台的整体结构，操作平台包括平台主梁1010、平台连接块1030、平台驱动机构1040和位置检测机构1050；其中，平台连接块1030通过直线导轨副D1020设置在平台主梁1010上，直线导轨副D1020包括安装在平台主梁1010上的滑轨和与滑轨配合的滑块，平台连接块1030安装在滑块上，平台连接块1030用于安装导管控制器或导丝控制器；导管控制器和导丝控制器现有技术中有相应结构，导管控制器用来夹持导管并对导管进行旋转和推送力检测，导丝控制器用来夹持导丝并对导丝进行旋转和推送力检测。在本实施例中，为了能够实现导管控制器和导丝控制器的协同配合，平台连接块1030具有两个，两个平台连接块1030各通过一个平台驱动机构1040单独控制。

所述的每个平台驱动机构1040包括平台电机1041和同步带1044；所述平台电机1041设置在平台主梁1010的一端，它连接有主同步轮1042，平台主梁1010的另一端安装从同步轮1043，主同步轮1042和从同步轮1043之间通过同步带1044传动连接，平台连接块1030连接同步带1044，从而平台电机1041可通过同步带1044驱动平台连接块1030沿直线导轨副D1020滑动。

所述的位置检测机构1050用于检测平台连接块1030在平台主梁1010上的位移，它包括设置在平台主梁1010一侧的光栅尺1051和固定在平台连接块1030上的光栅尺读头1052，通过光栅尺读头1052读取光栅尺1051信息，可精确知晓导管控制器和导丝控制器的位移，从而控制导管和导丝的推送距离。另外，光栅尺读头1052上沿平台连接块1030的运动方向设置有两个反向的限位传感器1053，可检测导管控制器和导丝控制器的极限位置，同时也可检测导管控制器和导丝控制器之间的相对位置，避免平台连接块1030运动超行程，也防止两个平台连接块1030之间发生碰撞，从而达到导管导丝更好的协同配合操作。

由上可知，该系统中移动平台可以同时带动导管控制器和导丝控制器动作，从而能够满足导管导丝协同操作要求；采用同步带与同步轮传动方式，传动精度更高，结构简单，重量轻，适合临床使用。另外，操作平台解决了现有技术中存在的装置体积重量大、装置不能再现医生手部操作的实际动作和装置的扩展性差的问题，并采用一轨道多滑块的形式，来完成对导管控制器和导丝控制器的直线移动控制；具有安装调节方便，控制精度高的优点。

实施例2

本实施例提供一中导管导丝协同操作介入机器人，在实施例1的基础上，对导管控制器的结构进行优化设计，具体如下。

如图3所示，导管控制器主要包括五个部分，分别为主体部分1、导丝辅助夹紧机构2、导管夹紧机构3、导管扭转组件4和导管测力组件5；其中，主体部分1是其它四个部分的安装基础，导管夹紧机构3和导丝辅助夹紧机构2均可拆卸安装在主体部分1上，导丝辅助夹紧机构2用于对导丝进行辅助夹紧或放松，导管夹紧机构3用于夹持导管，导管扭转组件4用于完成对导管的扭转操作，导管测力组件5则用于检测导管的推送力。该装置通过各部分的相互配合，可完成对导管的夹持、推送、扭转和测力，以及对导丝的辅助夹紧或放松，从而可实现导管与导丝的协同配合，完成手术的需求。下面分别对各部分的具体结构分别进行详细说明。

结合图4至图7所示，主体部分1包括壳体A110和上盖A120，在本实施例中，壳体A110为顶部和后端开放的壳状结构，上盖A120安装在壳体A110的顶部，使得壳体A110内形成相对较为封闭的空间，为后续导管扭转组件4和导管测力组件5的安装腾出空间。导管夹紧机构3安装在上盖A120的上方，而导丝辅助夹紧机构2固定在壳体A110的后端，安装位置合理分配。由于主体部分1作为基础部分，整个装置是通过它安装到平台连接块1030上进行相应的操作，为了安装的便捷性，在壳体A110的底部设置一对插板111，而对应在平台连接块1030上设置快接孔1031，插板111插入快接孔1031，在插板111上设置销孔，通过销穿过平台连接块1030插入销孔中，使得插板111与平台连接块1030可靠连接，且方便拆卸。

依然结合图4至图7所示，导管测力组件5安装在壳体A110内，它主要包括隔板510、导管连接板540和力传感器550；其中，隔板510固定在壳体A110的中间，将壳体A110内空间主要分为上下两部分，隔板510的相对两侧边向上翻折形成侧板，两个侧板上各安装一个直线导轨副520，直线导轨副520连接导管连接板540，从而导管连接板540可相对隔板510移动，这也是后续能够对导管进行推送力检测的前提。本实施例中，直线导轨副520优选采用滚珠直线导轨副，摩擦力较小几乎可以忽略，从而导管连接板540的运动阻力可忽略，保证导管推送力检测的高精度。直线导轨副520包括导轨和滑块，导轨固定在隔板510的侧板上，滑块通过承托板530与导管连接板540进行连接，导管连接板540用于连接导管夹紧机构3。在隔板510上还安装一个呈L形的传感器固定板560，力传感器550的一端与导管连接板540连接，另一端与传感器固定板560连接，这样，导管的推力通过导管夹紧机构3传递到导管连接板540上，导管连接板540相对隔板510移动，会被力传感器550的转换元件，如应变片感应，将力信号转换成电信号并输出，从而获取力的大小。

由上可知，通过导管测力组件5能够检测导管在推送过程中的推送力，达到导管的精确控制，提高手术安全性；采用力传感器550进行实时的动态力反馈，为医生手术控制推送力大小；该导管测力组件5安装在壳体A110内，结构紧凑，结构相对封闭，能够很好的保护力传感器550，且力传感器550的测力形式简单便捷，中间连接件相对较少，测力准确度高。

当然，为了方便导管连接板540与导管夹紧机构3之间的连接，本实施例，在导管连接板540上设置一对具有插接孔542的插接板541，插接板541从壳体A110内穿过上盖A120，使插接孔542高出上盖A120的表面，通过它使得导管连接板540与导管夹紧机构3能够快速连接或拆下。与此同时，为适应导管连接板540的结构形式，对导管夹紧机构3的结构也具有特定的要求，下面会具体说明。

结合图8至图11所示，导管夹紧机构3包括医用三通阀310和夹持组件320；其中，医用三通阀310用于连接导管，它是现有临床上常用的医疗用具，此处创新性地将其用在导管的夹持控制上，它主要包括三通体、控制阀和螺旋帽，螺旋帽可相对三通体转动。在使用时，导管先连接到连接鞘324上，然后再将连接鞘324与螺旋帽螺纹连接，从而将导管连接到医用三通阀310上，且能够相对转动；连接鞘324作为中间连接元件，现有技术中很常见，在此不再赘述。夹持组件320是用来对医用三通阀310进行夹持固定，当然固定的是医用三通阀310的三通体，它具有两个，从医用三通阀310的两侧将其夹持固定，它包括夹持块322，夹持块322的一侧面具有与医用三通阀310的三通体一半的外形相卡合的卡槽，两个夹持块322的卡槽合在一起即可组合成一个卡腔，可将医用三通阀310的三通体可靠的夹持，同时不影响螺旋帽的旋转。当然，为适应上述导管连接板540的连接结构，此处，在夹持块322的下侧具有开口槽，开口槽内配合设置有开关底座321，且在夹持块322与开关底座321之间设置可以拨动的开关323，开关323用于锁住或解锁导管连接板540。开关323由水平的卡板和竖直的拨动板组成，卡板滑动设置在开关底座321上的滑槽中，拨动板穿过夹持块322上的孔后，供拨动。在将导管夹紧机构3安装到上盖A120的上方时，插接板541插入夹持块322与开关底座321之间形成的竖直插孔中，通过拨动开关323，可使得卡板插入插接板541的插接孔542，从而实现导管连接板540与导管夹紧机构3的可拆卸连接。

由上可知，导管夹紧机构3采用夹持组件320夹持医用三通阀310的结构形式，拆装组合简单，大大简化了夹持结构。创新性采用医用三通阀310连接导管，它不仅可以与导管简单快速的连接，便于它们连接处的消毒，而且更主要的是通过医用三通阀310，可在手术过程中向血管内打入造影剂，对导管头端处的血管内部进行造影，进而可观察导管导丝与血管的相对位置，便于对导管导丝的进一步操作，提高手术的安全性；另外，医用三通阀310的成本较低，可一次性使用，用完即可丢弃，而不用像现有的夹持机构还需要反复拆装消毒。

结合图3至图7所示，导管扭转组件4包括电机A401、小齿轮402和大齿轮403；其中，电机A401固定在壳体A110中，具有很好的保护作用，电机A401的输出轴连接小齿轮402，大齿轮403与固定导管的连接鞘324连接，小齿轮402和大齿轮403啮合传动；使用中，电机A401驱动小齿轮402转动，通过小齿轮402和大齿轮403啮合传动，大齿轮403带动连接鞘324转动，从而驱动导管扭转，可调整导管头端的角度，保证导管在血管内可顺利的推进。大齿轮403的中心设置与连接鞘324外形相匹配的孔，连接鞘324插入该孔中即可将连接鞘324与大齿轮403连接。

通过导管扭转组件4可实现对导管的扭转操作，从而满足手术过程中对导管头端的角度控制，保证导管在血管内能够顺利向预定位置推进；导管扭转组件4采用电机A401驱动齿轮的形式，通过调整大小齿轮的传动比，即可调整导管的转动速度，且大齿轮403与医用三通阀310的连接通过连接鞘324实现，既能完成导管的扭转驱动，又能简单方便的将导管安装到医用三通阀上310。

结合图14和图15所示，导丝辅助夹紧机构2包括基座210、支撑件220、夹紧件230和驱动元件；其中，基座210用于将导丝辅助夹紧机构2安装到壳体A110上，支撑件220和驱动元件都安装在基座210上，夹紧件230通过弹簧240支撑设置在支撑件220中，它通过驱动元件驱动可在竖直方向上下移动，对导丝进行夹紧或松开。支撑件220上具有弹簧腔221，弹簧240位于弹簧腔221内；夹紧件230为杆状结构，其上端具有压紧块231，其下端具有小孔，且下端从穿过支撑件220的上方插入弹簧腔221内，穿过弹簧240后，经支撑件220的下方伸出，连接驱动元件。驱动元件只要能够驱动夹紧件230上下动作即可，但本实施例驱动元件采用舵机250，舵机250连接线轮260，线轮260上缠绕有线，线的一端穿入夹紧件230下端的小孔从而连接夹紧件230。使用时，舵机250驱动线轮260转动，通过线带动夹紧件230下移压缩弹簧240，夹紧件230上端的压紧块231下移将导丝压紧在支撑件220的上表面，从而实现对导丝的夹紧。

另外，为方便将导丝辅助夹紧机构2安装到壳体A110上，基座210设有用于将其安装到壳体A110上的一对插块211，通过此对插块211插入壳体A110的后侧，并用螺栓进行紧固即可。

综合以上说明，已经对导管控制器各部分的结构及其连接关系进行了清楚完整的表述，其具有以下优点：

①整体结构简单，采用模块化的结构设计，各部分之间相对较为独立，通过简单的组合即可完成组装，拆装都方便，且结构紧凑体积小；大部分部件结构简单，且可采用塑料制品制成，重量轻，且大大降低制造成本；

②能够同时实现导管的夹持、推送、扭转和测力，以及导丝的辅助夹紧或放松，从而可配合导丝控制器完成对导管导丝的协同操作控制，满足手术的各种操作需求；

③较为封闭的结构形式，对传感器和电机都具有较好的保护；

④在手术过程中，可以较为方便的实现对导管头端处血管进行造影，从而了解导管导丝有血管的相对位置关系，提高手术安全性。

采用上述导管控制器对导管和导丝进行控制，主要完成对导管的夹持、推送、扭转和测力，以及导丝的辅助夹紧和放松，对导管导丝的配合控制，满足介入手术的操作需求，下面对采用导管控制器完成相应的操作进行详细说明。

首先，将主体部分1通过插板111安装到平台连接块1030的快接孔1031中，并通过销固定。

然后，导管夹紧机构3夹持导管及安装，具体为：先将导管的尾端连接安装到连接鞘324上，此步骤时同时将大齿轮403与连接鞘324配合安装，为后续导管扭转组件4传动做准备；再将连接鞘324旋接到医用三通阀310的螺旋帽上；接着通过夹持组件320的夹持块322将医用三通阀310从两侧夹紧固定；最后，夹紧医用三通阀310后的夹持组件320插接到上盖A120上方的导管连接板540上，拨动开关323插入导管连接板540的插接孔542中锁住，使得导管夹紧机构3与导管连接板540连接固定，此时，小齿轮402和大齿轮403也啮合传动连接；完成导管夹紧机构3对导管的夹持，以及安装到主体部分1上。

接着，在导丝控制器夹持导丝后，将导丝的头端经医用三通阀310穿入导管内，保证医用三通阀310后方的导丝穿过导丝辅助夹紧机构2中支撑件220与夹紧件230的压紧块231之间，从而将导丝安装到位。

经过以上的准备后，导管控制器即可对导管和导丝进行相应的控制，具体如下：

(一)当需要单独控制导管时

导丝辅助夹紧机构2松开导丝，即舵机250失电，夹紧件230在弹簧240的作用力下，其压紧块231远离支撑件220的表面，从而压紧块231不会压紧导丝；平台连接块1030移动，带动主体部分1移动，进而驱动导管夹紧机构3移动，控制导管单独移动，完成推送。

(二)当需要同时控制导管和导丝时

导丝辅助夹紧机构2辅助夹紧导丝，即舵机250得电，驱动线轮260转动，线轮260通过线将夹紧件230向下拉，夹紧件230克服弹簧240阻力向下运动，直至压紧块231将导丝压紧在支撑件220的表面，完成对导丝的夹紧；平台连接块1030带动主体部分1移动，进而导管夹紧机构3带动导管移动，同时，导丝辅助夹紧机构2带动导丝同步动作，实现导管和导丝的同步推送。

(三)当需要单独控制导丝时

操作平台停止动作，导管夹紧机构3不动，导丝辅助夹紧机构2松开导丝，导丝控制器带动导丝即可进行导丝的单独推送。

(四)对导管的扭转控制

电机A401动作，通过小齿轮402和大齿轮403的啮合传动，带动连接鞘324和医用三通阀310的螺旋帽一起旋转，进而驱动导管扭转，完成对导管的扭转操作，实现导管头端的角度调节。

(五)对导管推送力的检测

操作平台动作，带动主体部分1向前推送，其推动力经隔板510、力传感器550和导管连接板540传递到导管夹紧机构3，在推送过程中，力传感器550接受推力信息，并转化为电信号输出，进而达到导管的推送力检测。

通过以上步骤可完成对导管的夹持、推送、扭转和推送力检测，以及导丝的辅助夹紧和放松，各步骤之间有序的工作，并配合导丝控制器即可完成对导管导丝的协同操作，从而可满足手术过程中的各种操作需求。下面对导丝控制器进行详细说明。

实施例3

本实施例提供一中导管导丝协同操作介入机器人，在实施例2的基础上，对导丝控制器的结构进一步优化设计，具体如下。

如图14所示，导丝控制器主要包括外壳部分3、夹持机构6、套筒驱动组件7和刹车制动组件8；其中，夹持机构6、套筒驱动组件7和刹车制动组件8都设置在外壳部分1内。

依然间图1所示，外壳部分3包括壳体B910，壳体B910为类似U型结构，具有前后侧壁，在图16中为看清装置内部结构，已将壳体B910的前壁去除；壳体B910的顶部开口可拆卸安装上盖B920，具体地，上盖B920的前后两个相对的侧面上各安装有一个耳板921，耳板921和壳体B910之间通过螺钉连接。壳体B910盖上上盖B920后形成相对封闭的空间，对其内部零部件进行保护，且整个导丝控制器通过将壳体B910安装到平台连接块1030上。

结合图15和图16所示，夹持机构6包括套筒610、制动件620和夹持件630，它们三者都具有可供导管或导丝穿过的中心孔；其中，套筒610的一端设有螺纹孔，在螺纹孔的尾端具有锥孔，锥孔开口大小为90°，当然这只是一种优选方式；制动件620的一端具有与套筒610的螺纹孔配合的螺纹段621。夹持件630的一端相对较大，形成夹持端头631，夹持端头631前后两端都具有锥面，夹持件630在夹持端头631的这一端上沿轴向均匀开设有四个切口，当然切口数量根据需要确定，优选四个，切口一直延伸到夹持件630长度方向的中间，从而夹持端头631可以被挤压，开口收缩；将夹持端头631的非夹持端头631端插入到制动件620的螺纹段621的一端中心孔中，夹持端头631露在制动件620外，且制动件620端部具有与夹持端头631后端的外锥面相配合的内锥孔；再将制动件620的螺纹段621与套筒610的螺纹孔旋合，形成一体，夹持端头631的前端锥面可与套筒610的内锥面接触配合。

相比现有的对导丝的夹持方式，包括发明人之前设计的方式，本实施例对夹持机构6进行了创新性设计，采用套筒610和制动件620的螺纹旋接驱动夹持件630的夹持端头631通过锥面配合挤压进行收缩或张开，从而夹紧或松开导丝，根据螺纹旋合深度控制夹持件630的夹持端头631的开口大小，控制夹持力度，满足对于导丝不同夹紧力的无极调节，易于实现无损夹持；而且利用锥面配合夹紧方式，接触面大，夹紧力均匀可靠，不会出现打滑现象；该种方式，可集夹持、扭转、推送等操作与一体，相比现有导丝夹持结构得到大大简化，可高效、精确、可靠地对导管导丝进行夹持。

夹持机构6对导丝的夹持是通过套筒驱动组件7和刹车制动组件8的配合完成的，套筒610和制动件620采用螺纹旋接方式，必然存在相对的旋转，套筒驱动组件7用于驱动套筒610转动，刹车制动组件8用于夹紧或松开制动件620，从而实现套筒610和制动件620螺纹旋接的结构需求。

具体到本实施例中，刹车制动组件8包括刹车块820和连接刹车块820的驱动元件，驱动元件采用推拉式电磁铁830，当然也可以采用现有技术中其它动力元件，只要能够实现对刹车块820的驱动即可，推拉式电磁铁830固定在磁铁支架810上，刹车块820与推拉式电磁铁830的推杆通过螺栓连接。为刹车制动组件8能够有效简便的对制动件620进行制动，制动件620远离螺纹段621的一端设置有刹车盘622，刹车制动组件8的驱动元件可驱动刹车块820压紧或松开刹车盘622；在刹车块820的前侧具有支柱，通过轴承对制动件620进行转动支撑，并且支柱上设有导孔，对应刹车块820的前端设有导柱821，导柱821伸入导孔内，对刹车块820的前后运动进行导向，同时也是对刹车块820的支撑。此刹车制动组件8采用驱动元件驱动刹车块820来压紧或松开制动件620上刹车盘622的结构形式，非常简易，也易于控制。

进一步地，夹持机构6采用套筒610和制动件620螺纹旋合的方式，它们在相对转动的同时，必然还有沿轴向的直线运动，这就要求套筒驱动组件7和刹车制动组件8适应此种特殊传动方式，而由上述刹车制动组件8结构可知，制动件620由刹车制动组件8锁死，因此套筒610就需要轴向动作，这就对套筒驱动组件7的结构提出要求。本实施例中，套筒驱动组件7包括大人字齿轮710、小人字齿轮720、电机B730和电机支架；其中，电机支架固定在壳体B910的底板上，电机B730固定在电机支架上；对于大人字齿轮710和小人字齿轮720，是相对而言，小人字齿轮720只是相对大人字齿轮710的直径较小，大人字齿轮710通过键安装在套筒610上，小人字齿轮720与电机B730连接，大人字齿轮710和小人字齿轮720啮合传动。为了满足套筒610转动和轴向移动的动作需求，套筒驱动组件7采用大小人字齿轮的啮合传动，能够承受轴向力，它们在啮合传动的过程中还做横移动作。但电机B730固定在电机支架不能运动，需要保证电机B730驱动小人字齿轮720转动的同时，可适应小人字齿轮720的轴向移动，因此，本实施例电机B730连接联轴器750，联轴器750通过滚珠花键副740与小人字齿轮720连接，可实现小人字齿轮720几乎无阻力的轴向运动，也能极大降低后续对导丝推送阻力检测精度的影响。

需要特别说明的是，夹持机构6在工作时需要进行支撑，不能悬空动作，而鉴于夹持方式的特殊性，本实施例夹持机构6通过导轨滑块组件930支撑设置在支撑板760上，支撑板760的两侧固定在壳体B910的前后侧壁上，其底面与电机支架连接。导轨滑块组件930具有两组，分别对套筒610的两端进行支撑，每组导轨滑块组件930包括分别安装在支撑板760和上盖B920上的两对滑动导轨931，它们分别连接有下托板934和上托板932，下托板934安装下半轴承座935，上托板932安装上半轴承座933，上半轴承座933和下半轴承座935组合成完整的轴承座对安装在套筒610上的轴承进行支撑。采用导轨滑块组件930对夹持机构6进行支撑，不仅能稳定支撑，也可满足套筒610轴向移动的需求，并且通过上下两组导轨滑块组件930来支撑固定轴承，支撑稳定可靠，而且拆装方便，便于取下夹持机构6。同时，刹车制动组件8也安装在下托板934上。

此外，为了能够检测导丝在推送过程中的推送力，本实施例在支撑板760和安装刹车制动组件8的下托板934之间设置测力仪840，用于检测导丝的推送力。

下面对采用导丝控制器完成对导丝进行夹持、推送、扭转和推送力检测等操作进行详细说明。

①导丝的夹持操作

首先，导丝穿过夹持机构6的制动件620、夹持件630和套筒610，当然，穿过后导丝头端可经导管控制器中的医用三通阀310插入导管内；然后，刹车制动组件8工作，对制动件620进行制动，具体是，推拉式电磁铁830得电，拉动刹车块820接近制动件620的刹车盘622，并接触压紧刹车盘622，制动件620制动；接着，套筒驱动组件7驱动夹持机构6的套筒610转动，具体是，电机B730得电，驱动小人字齿轮720转动，小人字齿轮720与大人字齿轮710啮合传动，大人字齿轮710带动套筒610转动；制动件620与套筒610螺纹配合长度增加，套筒610在导轨滑块组件930的支撑下向靠近制动件620方向运动，挤压夹持件630，夹持端头631的开口逐渐减小，直至夹紧导丝。电机B730的反向旋转控制套筒610的反向旋转，即可松开对导丝的夹持。

②导丝的轴向推拉操作

在导丝夹紧的状态下，操作平台中平台驱动机构1040驱动平台连接块1030带动导丝控制器移动，通过夹持机构6夹紧导丝一起运动，实现导丝的推拉操作。

③导丝的扭转操作

在导丝夹紧的状态下，刹车制动组件8松开夹持机构6的制动件620，套筒驱动组件7驱动夹持机构6的套筒610转动，制动件620和夹持件630随着转动，夹持件630带动导丝扭转。

④导丝的推送力检测操作

在导丝夹紧状态下，刹车制动组件8松开紧夹持机构6的制动件620，导丝控制器在移动过程中，由于夹持机构6夹紧导丝并随其沿推动方向移动，导轨滑块组件930跟随滑动，通过下托板934将推送阻力传递至测力仪840，测力仪840接受阻力信号，并将阻力信号转化为电信号传递给外部控制系统，实现推送阻力实时检测。

对于整机而言，上述导管导丝协同操作介入机器人对导管导丝的协同操作的控制方法，是通过操作平台控制导管控制器和导丝控制器在移动方向上的相对位置，并配合导管控制器和导丝控制器对导管和导丝的控制动作，有序的完成；可同时控制导管和导丝的夹紧、放松、推送、扭转或测力，完成复杂的手术动作；其中需要特别说明的是，在导丝控制器推送导丝接近导管控制器时，此时需要使导丝控制器后移，则导管控制器通过导丝辅助夹紧机构2夹紧导丝，而导丝控制器松开导丝并向后推到所需位置后，导丝夹持器重新夹紧导丝，此时导丝辅助夹紧机构2可松开导丝，实现导丝推送过程中的切换动作，此种形式保证在切换过程中导丝位置不会发生变化。

本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (18)

1.一种导管导丝协同操作介入机器人，包括操作平台、用于控制导管动作的导管控制器和用于控制导丝动作的导丝控制器，其特征在于：所述导管控制器和导丝控制器设置在操作平台上，操作平台可控制导管控制器和导丝控制器之间的相对运动；

所述操作平台包括平台主梁(1010)，平台主梁(1010)上通过直线导轨副D(1020)设置有两个平台连接块(1030)，分别安装导管控制器和导丝控制器；每个所述平台连接块(1030)都通过一个平台驱动机构(1040)驱动；

所述导管控制器包括主体部分(1)、导管夹紧机构(3)和导丝辅助夹紧机构(2)，导管夹紧机构(3)用于夹持导管，导丝辅助夹紧机构(2)用于辅助夹紧或松开导丝；所述的导管夹紧机构(3)和导丝辅助夹紧机构(2)均可拆卸安装在主体部分(1)上；

所述导丝控制器包括夹持机构(6)；所述的夹持机构(6)包括套筒(610)、制动件(620)和夹持件(630)，带有夹持端头(631)的夹持件(630)装入制动件(620)后，制动件(620)与套筒(610)螺纹连接，通过制动件(620)与套筒(610)相对转动可驱动夹持端头(631)夹紧导丝；

所述导管控制器还包括用于检测导管的推送力的导管测力组件(5)；所述导管测力组件(5)包括设置在主体部分(1)中的隔板(510)、导管连接板(540)和力传感器(550)；所述导管连接板(540)通过直线导轨副(520)设置在隔板(510)上，导管连接板(540)用于连接导管夹紧机构(3)；所述力传感器(550)一端与隔板(510)连接，另一端与导管连接板(540)连接。

2.根据权利要求1所述的一种导管导丝协同操作介入机器人，其特征在于：所述的平台驱动机构(1040)包括平台电机(1041)和同步带(1044)；所述平台电机(1041)设置在平台主梁(1010)的一端，它连接有主同步轮(1042)，平台主梁(1010)的另一端安装从同步轮(1043)，主同步轮(1042)和从同步轮(1043)之间通过同步带(1044)传动连接，平台连接块(1030)连接同步带(1044)。

3.根据权利要求1或2所述的一种导管导丝协同操作介入机器人，其特征在于：所述操作平台还包括用于检测平台连接块(1030)在平台主梁(1010)上位移的位置检测机构(1050)。

4.根据权利要求3所述的一种导管导丝协同操作介入机器人，其特征在于：所述位置检测机构(1050)包括设置在平台主梁(1010)一侧的光栅尺(1051)和固定在平台连接块(1030)上的光栅尺读头(1052)；所述光栅尺读头(1052)上沿平台连接块(1030)的运动方向设置有两个反向的限位传感器(1053)。

5.根据权利要求1或2所述的一种导管导丝协同操作介入机器人，其特征在于：所述的导管夹紧机构(3)包括医用三通阀(310)和夹持组件(320)；所述的医用三通阀(310)用于连接导管，它通过夹持组件(320)固定在主体部分(1)上；所述的主体部分(1)包括壳体A(110)和安装在壳体A(110)上的上盖A(120)，夹持组件(320)可拆卸安装在上盖A(120)上。

6.根据权利要求1或2所述的一种导管导丝协同操作介入机器人，其特征在于：所述导管控制器还包括导管扭转组件(4)，导管扭转组件(4)用于驱动医用三通阀(310)的螺旋帽带动导管旋转；所述导管扭转组件(4)包括电机A(401)、小齿轮(402)和大齿轮(403)；所述电机A(401)安装在主体部分(1)中，它连接小齿轮(402)；所述大齿轮(403)与安装在医用三通阀(310)的螺旋帽上的连接鞘(324)配合，连接鞘(324)用于固定导管；所述的小齿轮(402)和大齿轮(403)啮合传动。

7.根据权利要求6所述的一种导管导丝协同操作介入机器人，其特征在于：所述的医用三通阀(310)通过两个夹持组件(320)从两侧将其夹持固定，每个夹持组件(320)包括夹持块(322)和固定在夹持块(322)下方的开关底座(321)，夹持块(322)和开关底座(321)之间设置可以拨动的开关(323)，开关(323)用于锁住或解锁导管连接板(540)。

8.根据权利要求1所述的一种导管导丝协同操作介入机器人，其特征在于：所述的导丝辅助夹紧机构(2)包括支撑件(220)、夹紧件(230)和驱动元件；所述夹紧件(230)通过弹簧(240)支撑设置在支撑件(220)中，夹紧件(230)的上端具有压紧块(231)，驱动元件可驱动支撑件(220)在竖直方向上下移动。

9.根据权利要求8所述的一种导管导丝协同操作介入机器人，其特征在于：所述的驱动元件为舵机(250)，舵机(250)连接线轮(260)，线轮(260)上缠绕有线，线的一端连接夹紧件(230)。

10.根据权利要求1或2所述的一种导管导丝协同操作介入机器人，其特征在于：所述套筒(610)的一端具有螺纹孔，螺纹孔的尾端为锥孔；所述的制动件(620)具有与套筒(610)的螺纹孔配合的螺纹段(621)；所述夹持件(630)装入套筒(610)后夹持端头(631)外露，夹持端头(631)具有与套筒(610)中锥孔相配合的外锥面，夹持端头(631)沿外锥面的周向开设有至少两个切口。

11.根据权利要求10所述的一种导管导丝协同操作介入机器人，其特征在于：所述导丝控制器还包括用于夹紧或松开制动件(620)的刹车制动组件(8)；所述刹车制动组件(8)包括刹车块(820)和连接刹车块(820)的驱动元件；所述制动件(620)设置有刹车盘(622)，刹车制动组件(8)的驱动元件可驱动刹车块(820)压紧或松开刹车盘(622)。

12.根据权利要求11所述的一种导管导丝协同操作介入机器人，其特征在于：所述的驱动元件为推拉式电磁铁(830)。

13.根据权利要求11所述的一种导管导丝协同操作介入机器人，其特征在于：所述导丝控制器还包括用于驱动套筒(610)转动的套筒驱动组件(7)；所述套筒驱动组件(7)包括连接套筒(610)的大人字齿轮(710)、与大人字齿轮(710)啮合的小人字齿轮(720)和用于驱动小人字齿轮(720)的电机B(730)。

14.根据权利要求13所述的一种导管导丝协同操作介入机器人，其特征在于：所述的电机B(730)连接联轴器(750)，联轴器(750)通过滚珠花键副(740)与小人字齿轮(720)连接。

15.根据权利要求14所述的一种导管导丝协同操作介入机器人，其特征在于：所述的夹持机构(6)通过导轨滑块组件(930)支撑设置于安装在壳体B(910)内的支撑板(760)上。

16.根据权利要求14所述的一种导管导丝协同操作介入机器人，其特征在于：所述壳体B(910)可拆卸安装有上盖B(920)，上盖B(920)相对的两侧均设有耳板(921)，上盖B(920)通过耳板(921)与壳体B(910)可拆卸连接。

17.根据权利要求16所述的一种导管导丝协同操作介入机器人，其特征在于：所述导轨滑块组件(930)具有两组，分别对套筒(610)的两端进行支撑，每组导轨滑块组件(930)包括分别安装在支撑板(760)和上盖B(920)上的两对滑动导轨(931)，它们分别连接有下托板(934)和上托板(932)，下托板(934)安装下半轴承座(935)，上托板(932)安装上半轴承座(933)，上半轴承座(933)和下半轴承座(935)组合成完整的轴承座对安装在套筒(610)上的轴承进行支撑。

18.根据权利要求17所述的一种导管导丝协同操作介入机器人，其特征在于：所述的刹车制动组件(8)位于下托板(934)上，支撑板(760)和下托板(934)之间设置测力仪(840)。