CN109821137B - 微创血管介入手术机器人导管和导丝捻旋推进机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微创血管介入手术机器人导管和导丝捻旋推进机构，包括位移平台以及依次安装在位移平台上的微调装置、导管夹持旋捻装置和导丝夹持旋捻装置；所述位移平台上安装有带动导管夹持旋捻装置移动的导管位移机构和带动导丝夹持旋捻装置移动的导丝位移机构；所述导管夹持旋捻装置和导丝夹持旋捻装置均包括齿轮传动机构、驱动齿轮传动机构转动的旋捻电机、连接于齿轮传动机构并相互压合的第一旋捻辊子和第二旋捻辊子、啮合传动于齿轮传动机构的第三旋捻辊子以及带动第三旋捻辊子聚拢或分离于第一旋捻辊子和第二旋捻辊子的张合装置；三个旋捻辊子能够以相同转速和转向转动。本发明能够方便于夹紧导管和导丝并能够调整导管和导丝递送方向。

Description

微创血管介入手术机器人导管和导丝捻旋推进机构

技术领域

本发明涉及医疗设备领域，尤其涉及一种微创血管介入手术机器人导管和导丝的捻旋推进机构。

背景技术

传统的微创血管手术主要通过技术熟练的医生在X射线影像或其他灰度图像的监控和引导下，利用手工完成导管、导丝、微导管和气囊灯等手术器械的插入工作。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、分支多等特征，医生在进行插入工作时存在一定的风险性，且操作复杂、手术时间长，以及存在身体疲劳和手工操作不稳定等因素均会影响手术质量。

血管微创介入以微创、无痛、舒适的特点，得到迅速发展及推广。微创血管手术技术的发展必然带动相关手术机器人技术研究的热潮。现有的导管/导丝捻旋推进机构，存在以下缺陷：用于夹持导管和导丝的夹持机构存在夹紧力过大或过小的技术问题，夹紧力过大容易导致导管和导丝的表面受损，夹紧力过小不利于导管和导丝的递送；导管和导丝进入分叉的血管时，不利于导管和导丝调整递送方向，以到达血管病变位置；另外，现有的导管/导丝捻旋推进机构组件复杂不方便于拆卸，不利于手术前导管、导丝消毒和更换导管、导丝。因此，生产厂家在研发过程中，对于导管和导丝的夹持机构还有待改善，以方便于夹紧导管和导丝，并能够调整导管和导丝在血管内的移动方向，方便于医生实时控制导管和导丝，提高手术质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种方便于夹紧导管和导丝并能够调整导管和导丝递送方向的微创血管介入手术机器人导管和导丝捻旋推进机构，设有导管夹持旋捻装置和导丝夹持旋捻装置，导管夹持旋捻装置和导丝夹持旋捻装置均设有三个以相同转速和转向转动的旋捻辊子，三个旋捻辊子聚拢时，导管和导丝分别夹紧于相应的三个旋捻辊子的聚拢连接处的间隙空间；第三旋捻辊子分离于第一旋捻辊子和第二旋捻辊子时，能够方便于将导管和导丝拆卸于相应的夹持旋捻装置，以更换导管和导丝。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种微创血管介入手术机器人导管和导丝捻旋推进机构，包括位移平台以及依次安装在位移平台上的微调装置、导管夹持旋捻装置和导丝夹持旋捻装置；所述位移平台上安装有带动导管夹持旋捻装置移动的导管位移机构和带动导丝夹持旋捻装置移动的导丝位移机构；所述微调装置包括安装在位移平台上的固定支架、安装在固定支架上的辊压机构以及供导管和导丝贯穿并引入至辊压机构的导向管；所述辊压机构包括主动辊、配合于主动辊的从动辊、驱动主动辊转动的辊压微调电机，以及调节主动辊与从动辊之间间距的间距调节机构；所述导管夹持旋捻装置和导丝夹持旋捻装置均包括齿轮传动机构、驱动齿轮传动机构转动的旋捻电机、连接于齿轮传动机构并相互压合的第一旋捻辊子和第二旋捻辊子、啮合传动于齿轮传动机构的第三旋捻辊子以及带动第三旋捻辊子聚拢或分离于第一旋捻辊子和第二旋捻辊子的张合装置；所述第一旋捻辊子、第二旋捻辊子和第三旋捻辊子以相同转速和转向转动。

优选的，所述旋捻电机的输出轴通过联轴器连接有主动旋捻齿轮，所述齿轮传动机构包括平行设置的第一转轴和第二转轴、套接于第一转轴的第一齿轮以及套接于第二转轴的第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮均啮合于主动旋捻齿轮；所述第一旋捻辊子安装于第一转轴上，第二旋捻辊子安装于第二转轴上。

优选的，所述导管夹持旋捻装置和导丝夹持旋捻装置均包括可转动地连接于第二转轴的第一轴座和第二轴座、安装在第一轴座和第二轴座之间的第三转轴和第四转轴、套接于第三转轴的第三齿轮以及套接于第四转轴的第四齿轮；所述第三齿轮啮合于第二齿轮，所述第四齿轮啮合于第三齿轮，所述第三旋捻辊子安装在第四转轴上并压合于第一旋捻辊子和第二旋捻辊子。

优选的，所述张合装置包括张合电机、安装在张合电机输出轴上的曲柄、铰接于曲柄的连杆以及可转动地连接于连杆的传动杆；所述传动杆的一端连接于连杆，传动杆的另一端连接于第一轴座。

优选的，所述第一旋捻辊子、第二旋捻辊子和第三旋捻辊子均设有相互嵌入的环形卡槽。

优选的，所述导管夹持旋捻装置与导管位移机构之间设有第一承载座，所述第一承载座上设有用以检测导管夹持旋捻装置相对第一承载座压力变化的第一压力传感器；所述导丝夹持旋捻装置与导丝位移机构之间设有第二承载座，所述第二承载座上设有用以检测导丝夹持旋捻装置相对第二承载座压力变化的第二压力传感器。

优选的，所述导管和导丝捻旋推进机构还包括用于微调导管和导丝推进状态的微调装置，所述微调装置、导管夹持旋捻装置和导丝夹持旋捻装置自左至右依次安装在位移平台上。

优选的，所述间距调节机构包括安装在固定支架上的凸轮旋转电机、连接于凸轮旋转电机输出轴并抵压从动辊的凸轮以及连接于从动辊与固定支架的拉簧。

优选的，所述位移平台包括第一位移工作台和安装在第一位移工作台上方的第二位移工作台，所述导管夹持旋捻装置安装在第一位移工作台上，所述导丝夹持旋捻装置安装在第二位移工作台上；所述导管位移机构安装在第一位移工作台上，所述导丝位移机构安装在第二位移工作台上；所述第一位移工作台上还安装有带动第二位移工作台移动的平台位移机构。

相较于现有技术本发明具有如下有益效果：本发明的微创血管介入手术机器人导管和导丝捻旋推进机构设有导管夹持旋捻装置和导丝夹持旋捻装置，导管夹持旋捻装置和导丝夹持旋捻装置均设有三个以相同转速和转向转动的旋捻辊子，张合装置使得第三旋捻辊子聚拢或分离于第一旋捻辊子和第二旋捻辊子。三个旋捻辊子聚拢时，导管和导丝分别夹紧于相应的三个旋捻辊子的聚拢连接处的间隙空间，夹紧力适中；第三旋捻辊子分离于第一旋捻辊子和第二旋捻辊子时，能够方便于将导管和导丝拆卸于相应的夹持旋捻装置，以更换导管和导丝；导管夹持旋捻装置和导丝夹持旋捻装置的旋捻电机转动时，使得相应的三个旋捻辊子以相同转速和转向转动，使得导管夹持旋捻装置能够模拟人手操作以相同转向匀速捻旋导管，以调整导管的递送方向；亦使得导丝夹持旋捻装置能够模拟人手操作以相同转向匀速捻旋导丝，以调整导丝的递送方向，递送方向准确，；本发明的微调装置位于导管和导丝推进机构的前端，用于夹紧导管与导丝，保证导管与导丝的持续递送，并可实现导管与导丝推进状态的整体微调，提供手术的安全性。另外，导管位移机构配合导管夹持旋捻装置推动导管移动，导丝位移机构配合导丝夹持旋捻装置推动导丝移动，实现导管和导丝捻旋推进机构边旋边送的操作，以到达血管指定位置。

附图说明

图1为本发明微创血管介入手术机器人导管和导丝捻旋推进机构的第一视角的立体示意图；图中箭头所示方向为导管和导丝向血管内移动的前行方向。

图2为本发明微创血管介入手术机器人导管和导丝捻旋推进机构的第二视角的立体示意图；

图3为本发明中导丝贯穿于导管的示意图；

图4为本发明导管和导丝捻旋推进机构的分解示意图；

图5为本发明导管夹持旋捻装置的立体示意图；

图6为本发明导管夹持旋捻装置的盖体打开于固定箱体，固定箱体的一侧板拆卸于一边的立体示意图；

图7为本发明导管夹持旋捻装置的旋捻电机、齿轮传动机构、齿轮转动副及张合装置组装于一起的第一视角的立体示意图；

图8为本发明导管夹持旋捻装置的旋捻电机、齿轮传动机构、齿轮转动副及张合装置组装于一起的第二视角的立体示意图；

图9为本发明导管夹持旋捻装置的第三旋捻辊子聚拢于第一旋捻辊子和第二旋捻辊子的示意图；

图10为本发明导管夹持旋捻装置的第三旋捻辊子分离于第一旋捻辊子和第二旋捻辊子的示意图；

图11为图7中移除第一轴座和张合装置的示意图；

图12为图7中移除旋捻电机、第一转轴及第一旋捻辊子的示意图；

图13为图8中的右视示意图，图中箭头所示方向分别为各个旋捻辊子和齿轮的转动方向；

图14为图8中A-A向的剖视示意图；图中箭头所示方向为各个齿轮的转动方向；

图15为本发明微调装置的第一视角的立体示意图；

图16为本发明微调装置的第二视角的立体示意图；

图17为图15中移除微调电机、凸轮旋转电机的立体示意图；

图18为图16中移除支撑架的右视示意图；

图19为本发明丝杆传动机构连接于移动底座的示意图；

图20为本发明导管夹持旋捻装置与丝杆传动机构的连接示意图；

图21为图20中B-B向的剖视示意图；

图22为本发明压力传感器的受力示意图；

图23为另一实施例的微创血管介入手术机器人导管和导丝捻旋推进机构的立体示意图；

图24为另一实施例的导管和导丝捻旋推进机构的分解示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细的说明，而非对本发明的保护范围限制。需要理解的是在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于简化文字描述以区别于类似的对象，而不能理解为特定的次序间的先后关系。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

参阅图1、图2和图3，本发明提供一种微创血管介入手术机器人导管和导丝捻旋推进机构，包括位移平台以及依次安装在位移平台10上的微调装置2、导管夹持旋捻装置3和导丝夹持旋捻装置4，微调装置2位于导管和导丝捻旋推进机构的前端，用于夹紧导管与导丝，保证导管与导丝的持续递送，并可实现导管与导丝推进状态的整体微调。导管夹持旋捻装置3用于夹持导管，并能够模拟人手操作捻旋导管。导丝夹持旋捻装置4用于夹持导丝，并能够模拟人手操作捻旋导丝。导丝200贯穿于导管100，如图3所示。位移平台10上安装有带动导管夹持旋捻装置3移动的导管位移机构13和带动导丝夹持旋捻装置4移动的导丝位移机构15，使得导管夹持旋捻装置3和导丝夹持旋捻装置4在位移平台上沿直线运动，实现导管和导丝捻旋推进机构边旋边送的操作，以到达血管指定位置。

参阅图5、图6、图7及图8，本实施例中，导管夹持旋捻装置3包括固定箱体31、安装在固定箱体31上的齿轮传动机构32、驱动齿轮传动机构32转动的旋捻电机33、连接于齿轮传动机构32的第一旋捻辊子323和第二旋捻辊子326、可转动地连接于齿轮传动机构32的齿轮转动副34、连接于齿轮转动副34的第三旋捻辊子347以及带动齿轮转动副34相对齿轮传动机构32转动的张合装置35。齿轮转动副34相对齿轮传动机构32转动时，能够带动第三旋捻辊子347聚拢或分离于第一旋捻辊子323和第二旋捻辊子326。第三旋捻辊子347聚拢于第一旋捻辊子323和第二旋捻辊子326时(如图8、9所示)，第一旋捻辊子323、第二旋捻辊子326和第三旋捻辊子347的横截面呈三角形设置，且三个旋捻辊子的聚拢连接处的间隙空间构成容导管贯穿的贯穿孔，通过此聚拢的三个旋捻辊子可以夹持导管；第三旋捻辊子347分离于第一旋捻辊子323和第二旋捻辊子326时(如图10所示)，能够方便于将导管拆卸于导管夹持旋捻装置3。

参阅图5及图6，固定箱体31包括容置壳体311和可转动地连接于容置壳体311并能够盖合容置壳体311的盖体312。容置壳体311设有安装导管的V形槽313。导管放置于V形槽313上并延伸至三个旋捻辊子的聚拢连接处的间隙空间中，并延伸至微调装置2的导向管23。旋捻电机33、齿轮传动机构32和张合装置35均安装在容置壳体311上。

参阅图11，旋捻电机33的输出轴通过联轴器连接主动旋捻齿轮331。齿轮传动机构32包括安装在容置壳体311上且平行设置的第一转轴321和第二转轴324、套接于第一转轴321的第一齿轮322以及套接于第二转轴324的第二齿轮325。第一齿轮322和第二齿轮325均外啮合于主动旋捻齿轮331，使得第一齿轮322和第二齿轮325的转向相同；且第一齿轮322和第二齿轮325的各项参数均相同，即：主动旋捻齿轮331与第一齿轮322的传动比等于主动旋捻齿轮331与第二齿轮325的传动比，使得第一齿轮322和第二齿轮325的转速相同，进而使得第一转轴321和第二转轴324的转向和转速亦相同。第一转轴321和第二转轴324均可转动地连接于容置壳体311并凸出于容置壳体311的外部。第一旋捻辊子323安装于第一转轴321的凸出端。第二旋捻辊子326安装于第二转轴324的凸出端，并压合于第一旋捻辊子323。第一旋捻辊子323和第二旋捻辊子326均设有多个环形卡槽，并相互嵌入。旋捻电机33转动时，主动旋捻齿轮331带动第一齿轮322和第二齿轮325以相同转速和转向转动，相应的带动第一旋捻辊子323和第二旋捻辊子326以相同转速和转向转动。

参阅图12、图13及图14，齿轮转动副34包括可转动地连接于第二转轴324的第一轴座341和第二轴座342、安装在第一轴座341和第二轴座342之间的第三转轴343和第四转轴345、套接于第三转轴343的第三齿轮344以及套接于第四转轴345的第四齿轮346。第一轴座341和第二轴座342相对设置并套接于第二转轴324，第一轴座341和第二轴座342能够围绕第二转轴324的轴心线转动。第三转轴343和第四转轴345均可转动地连接于第一轴座341和第二轴座342。第三转轴343和第四转轴345均凸出于容置壳体311，并位于盖体312的容置空间中。第四转轴345凸出于盖体312的外部，第三旋捻辊子347安装于第四转轴345的凸出端，并压合于第一旋捻辊子323和第二旋捻辊子326。第三旋捻辊子347亦设有多个环形卡槽，并与第一旋捻辊子323和第二旋捻辊子326的环形卡槽相互嵌入。

第三齿轮344外啮合于第二齿轮325，使得第三齿轮344和第二齿轮325的转向相反；第四齿轮346外啮合于第三齿轮344，使得第四齿轮346和第三齿轮344的转向相反；进而使得第四齿轮346和第一齿轮322、第二齿轮325的转向相同，相应的使得第三旋捻辊子347和第一旋捻辊子323、第二旋捻辊子326的转向相同。第三齿轮344与主动旋捻齿轮331的各项参数均相同，第四齿轮346与第一齿轮322、第二齿轮325的各项参数均相同，即：第三齿轮344与第四齿轮346的传动比等于主动旋捻齿轮331与第一齿轮322的传动比等于主动旋捻齿轮331与第二齿轮325的传动比，使得第四齿轮346与第一齿轮322、第二齿轮325的转速相同，进而使得第三旋捻辊子347和第一旋捻辊子323、第二旋捻辊子326以相同转速转动。旋捻电机33转动时，主动旋捻齿轮331带动第一齿轮322、第二齿轮325和第四齿轮346以相同转速和转向转动，相应的带动第一旋捻辊子323、第二旋捻辊子326和第三旋捻辊子347以相同转速和转向转动，使得三个旋捻辊子能够模拟人手操作以相同转向匀速捻旋导管，以推动导管前行并调整前行方向。

主动旋捻齿轮331、第一齿轮322、第二齿轮325、第三齿轮344和第四齿轮346均采用为斜齿轮。斜齿轮具有啮合平稳、冲击小、噪音小、承载能力大的优点。

参阅图12、图13及图14，张合装置35包括安装在容置壳体311上的张合电机351、安装在张合电机351输出轴上的曲柄352、铰接于曲柄352的连杆353以及可转动地连接于连杆353的传动杆354。传动杆354的一端连接于连杆353，传动杆354的另一端连接于第一轴座341。第一轴座341以第二转轴324的轴心线为旋转中心。传动杆354连接于第一轴座341的连接处至第二转轴324的轴心处构成曲柄摇杆机构的摇杆。张合电机351转动时，带动曲柄352旋转，曲柄352带动连杆353移动，连杆353通过传动杆354带动第一轴座341围绕第二转轴324的轴心线转动，同时带动第二轴座342围绕第二转轴324的轴心线转动，使得齿轮转动副34相对第二转轴324转动时，能够带动第三旋捻辊子347聚拢或分离于第一旋捻辊子323和第二旋捻辊子326，并能够方便于将导管拆卸或安装于三个旋捻辊子之间。需要说明的是：盖体312的两侧壁分别开设容传动杆354和第四转轴345移动的避让槽口314，以方便于第一轴座341和第二轴座342围绕第二转轴324的轴心线转动。

导丝夹持旋捻装置4与导管夹持旋捻装置3的结构相同，工作原理亦相同。导丝夹持旋捻装置4亦包括固定箱体31、安装在固定箱体31上的齿轮传动机构32、驱动齿轮传动机构32转动的旋捻电机33、连接于齿轮传动机构32的第一旋捻辊子323和第二旋捻辊子326、可转动地连接于齿轮传动机构32的齿轮转动副34、连接于齿轮转动副34的第三旋捻辊子347以及带动齿轮转动副34相对齿轮传动机构32转动的张合装置35。两者不同之处在于导管夹持旋捻装置3用于夹持导管并能够捻旋导管，导丝夹持旋捻装置4用于夹持导丝并能够捻旋导丝。该导丝向前延伸并贯穿于导管。

参阅图4及图15至图18，微调装置2通过微调承载座20安装在位移平台10上。微调装置2包括安装在微调承载座20上的固定支架21、安装在固定支架21上的辊压机构22以及供导管和导丝贯穿并引入至辊压机构22的导向管23。固定支架21包括固定连接于微调承载座20上的衔接座211、固定连接于衔接座211的承载底板212、分别固定连接于承载底板212两侧的第一侧板213和第二侧板214、安装在第一侧板213上的微调电机支架215和主动辊支架216、安装在第二侧板214上的凸轮旋转电机支架217和从动辊支架218、安装在第一侧板213上并固定导向管23的支撑架219。辊压机构22包括安装在主动辊支架216上的主动辊221、安装在从动辊支架218上并配合于主动辊221的从动辊222、安装在微调电机支架215上并驱动主动辊221转动的辊压微调电机223，以及调节主动辊221与从动辊222之间间距的间距调节机构24。导管贯穿导向管23并牵引至主动辊221与从动辊222之间。

辊压微调电机223安装在微调电机支架215上，辊压微调电机223的输出轴上通过弹性联轴器安装有主动微调齿轮224。主动辊支架216上设有主动辊轴225，主动辊轴225上套设有主动辊221和啮合传动于主动微调齿轮224的从动微调齿轮226。从动微调齿轮226从动于主动微调齿轮224并带动主动辊221围绕主动辊轴225的轴心线同步转动。主动辊221的外周面设有环形凹槽，以容置部分导管。从动辊支架218设有从动辊轴227，主动辊轴225上套设有配合于主动辊221的从动辊222。从动辊222的外周面设有环形凹槽，以容置部分导管。导管和导丝自导向管23引入后伸入于主动辊221与从动辊222之间的间隙凹槽中。

参阅图15及图18，间距调节机构24包括安装在凸轮旋转电机支架217上的凸轮旋转电机241，连接于凸轮旋转电机输出轴的凸轮242、连接于从动辊支架218与第二侧板214的导向轴243以及套接于导向轴243的拉簧244。从动辊支架218上设有两个导向轴243，两个导向轴243上下设置。每一导向轴243的一端固定连接于从动辊支架218，导向轴243的另一端可滑动地连接于第二侧板214。第二侧板214开设有供导向轴243贯穿的通孔。每一导向轴243上套设有拉簧244，拉簧244的一端固定连接于从动辊支架218，拉簧244的另一端固定连接于第二侧板214。凸轮242以凸轮旋转电机输出轴的轴心线为旋转中心，凸轮旋转电机241转动时带动凸轮242转动，凸轮242的凸出部可抵压或分离于从动辊支架218。其中：凸轮旋转电机241顺时针转动，凸轮242的凸出部抵压从动辊支架218时，推动从动辊支架218向主动辊支架216方向移动，拉簧244相应被拉长，从动辊222抵压于主动辊221并减小主动辊221与从动辊222之间的凹槽间隙，使得导管与导丝夹紧，方便于递送导管和导丝；凸轮旋转电机241逆时针转动，凸轮242的凸出部逐渐分离于从动辊支架218，通过拉簧244的拉力使得从动辊支架218向第二侧板214方向移动，使得从动辊222远离于主动辊221并增加主动辊221与从动辊222之间的凹槽间隙，导管与导丝相应松开，导管和导丝以导向管23的轴心线移动；并能够方便于将导管和导丝拆卸于微调装置2，实现导管和导丝的更换或清洗。主动辊轴225和从动辊轴227均贯穿于支撑架219，支撑架219上开设有容从动辊轴227移动的腰形通孔，能够方便于从动辊轴227相对主动辊轴225移动。当然在其他实施方式中，从动辊轴227亦可以未贯穿于支撑架219。

承载底板212上设有滑轨245，滑轨245上设有滑动于滑轨245的滑动座246，滑动座246上固定连接有衔接支架247，衔接支架247固定连接于从动辊支架218。间距调节机构24推动从动辊支架218接近或远离于主动辊支架216时，滑动座246可以承受从动辊支架218的重力，并能够辅助间距调节机构24推动从动辊支架218移动。当然在其他实施方式中，滑动座246亦可以通过驱动装置的驱动实现自主滑动，并带动从动辊支架218移动，该驱动装置采用为电动推杆。

在本实施例中，参阅图1、图2和图4，微调装置2安装在微调承载座20上，并通过微调承载座20安装在位移平台10上。导管夹持旋捻装置3安装在第一承载座30上，并通过第一承载座30安装在位移平台10上。第一承载座30位于导管夹持旋捻装置3与位移平台10之间。导丝夹持旋捻装置4安装在第二承载座40上，并通过第二承载座40安装在位移平台10上。第二承载座40位于导丝夹持旋捻装置4与位移平台10之间。导管和导丝相应贯穿于导丝夹持旋捻装置4、导管夹持旋捻装置3和微调装置2，并保持同一高度，有利于导管和导丝的递送。相应的调节微调承载座20、第一承载座30和第二承载座40的高度，可以保证架设在导管和导丝捻旋推进机构上的导管或导丝处于同一高度。

本实施例中，如图4所示，位移平台10包括容置盒体101和安装在容置盒体101上的盖板102。微调承载座20固定连接于盖板102，并位于盖板102的左侧。导管位移机构13和导丝位移机构14位于容置盒体101的内部。其中，导管位移机构13安装在位移平台10的中部，导丝位移机构14安装在位移平台10的右侧，以配合导管和导丝捻旋推进机构组装并递送导管和导丝。第一承载座30与导管位移机构13通过导管位移底座16连接，第一承载座30位于导管位移底座16的上侧，导管位移机构13位于导管位移底座16的下侧。导管位移机构13通过导管位移底座16带动安装在第一承载座30的导管夹持旋捻装置3移动。第二承载座40与导丝位移机构14通过导丝位移底座17连接，第二承载座40位于导丝位移底座17的上侧，导丝位移机构14位于导丝位移底座17的下侧。导丝位移机构14通过导丝位移底座17带动第二承载座40移动。盖板102设有供导管位移底座16移动的第一滑槽113以及供导丝位移底座17移动的第二滑槽114。导管位移底座16设有向上凸出并能够移动于第一滑槽113的第一凸出块161。第一凸出块161的数量为两个，第一滑槽113的数量相应为两个。第一承载座30的底端固定连接于两个第一凸出块161。导丝位移底座17设有向上凸出并能够移动于第二滑槽114的第二凸出块171。第二凸出块171的数量为两个，第二滑槽114的数量相应为两个。第二承载座40的底端固定连接于两个第二凸出块171。第一滑槽113和第二滑槽114的开设方向相同，均以导管和导丝的移动方向开设。盖板102上开设第一滑槽113，有利于导管位移底座16移动；盖板102上开设第二滑槽114，有利于导丝位移底座17移动。当然在其他实施方式中，导管位移机构13和导丝位移机构14亦可以安装在容置盒体101的外部，例如：导管位移机构13和导丝位移机构14安装在盖板102上。

参阅图4及图19，本实施例中，导管位移机构13和导丝位移机构14采用为丝杆传动机构。丝杆传动机构包括电机50、连接于电机输出轴的丝杆51、螺旋连接于丝杆51的丝杠螺母52、沿丝杆51长度方向铺设的导轨53、可滑动地连接于导轨53并固定连接于丝杠螺母52的滑动块54。该电机50采用为步进电机。电机50固定安装在容置盒体上，电机输出轴通过联轴器连接于丝杆51并带动丝杆51转动。丝杆51的两端分别通过固定座55安装在容置盒体上。丝杆51转动时，丝杠螺母52沿丝杆长度方向移动。导轨53的数量为两个，两个导轨53分别铺设在丝杆51的两侧。每一导轨53上设有滑动块54，两个滑动块54固定连接于丝杠螺母52，两个滑动块54跟随丝杠螺母52沿丝杆51长度方向移动。位移底座的底端固定连接于两个滑动块54。相应的，导管位移机构13的两个滑动块54固定连接导管位移底座16，并带动导管位移底座16移动；导丝位移机构14的两个滑动块54固定连接导丝位移底座17，并带动导丝位移底座17移动。需要说明的是：安装在容置盒体内部的丝杆传动机构，通过在容置盒体上安装盖板可以提高丝杆传动机构的清洁度，减少灰尘覆盖于丝杆传动机构上，提高丝杠螺母的移动精确性，相应提高导管和导丝移动时位移精确性。

参阅图4及图20至图22，本实施例中，第一承载座30凹设有放置导管夹持旋捻装置3的固定箱体的第一阶台凹槽301。固定箱体31前端的两侧分别通过销轴连接于第一承载座30。第一阶台凹槽301的底壁设有第一压力传感器302，第一压力传感器302能够接触于导管夹持旋捻装置3的固定箱体。该第一压力传感器302用以检测导管夹持旋捻装置3相对第一承载座30的压力变化。导管位移机构13带动导管夹持旋捻装置3移动，当导管碰触血管壁时，导管位移机构13的阻力增大，通过杠杆原理放大导管在血管内的微小阻力，以将微小阻力F放大后传递给第一压力传感器302，实现导管阻力信号的采集，并有利于导管夹持装置捻旋导管，调整导管移动方向。

第二承载座40凹设有放置导丝夹持旋捻装置4的固定箱体31的第二阶台凹槽41。固定箱体31前端的两侧分别通过销轴连接于第二承载座40。第二阶台凹槽41的底壁设有第二压力传感器42，第二压力传感器42能够接触于导丝夹持旋捻装置4的固定箱体。该第二压力传感器42用以检测导丝夹持旋捻装置4相对第二承载座40的压力变化。导丝位移机构14带动导丝夹持旋捻装置4移动，当导丝碰触血管壁时，导丝位移机构14的阻力增大，通过杠杆原理放大导丝在血管内的微小阻力，以将微小阻力放大后传递给第二压力传感器42，实现导丝阻力信号的采集，并有利于导丝夹持装置捻旋导丝，调整导丝移动方向。

优选地，本发明的另一实施例中，参阅图23及图24，位移平台10包括第一位移工作台11和安装在第一位移工作台11上方的第二位移工作台12。微调装置2和导管夹持旋捻装置3安装在第一位移工作台11上，导丝夹持旋捻装置4安装在第二位移工作台12上。第一位移工作台11设有带动导管夹持旋捻装置3移动的导管位移机构13和带动第二位移工作台12移动的平台位移机构14’。导管夹持旋捻装置3通过导管位移机构13向前推进导管。第二位移工作台12设有带动导丝夹持旋捻装置4移动的导丝位移机构15。导丝夹持旋捻装置4可以通过平台位移机构14'和/或导丝位移机构15向前推进导丝。导丝夹持旋捻装置4通过第二位移工作台12安装在第一位移工作台11的上方，通过阶梯设置结构能够有效缩短整个捻旋推进机构的长度，更易于操作。导管位移机构13、平台位移机构14'及导丝位移机构15可同步移动或单独移动，即可方便于导管和/或导丝向血管内同步或独立递送。本发明的导管夹持旋捻装置3和导丝夹持旋捻装置4能够模拟人手操作，并结合相应的位移机构，能够实现导管和导丝的推进和捻旋动作，边旋边送保证了导管和导丝移动的连贯性，提高了实际手术过程中的手术效率与安全性。

微调装置2安装在微调承载座20上，并通过微调承载座20安装在第一位移工作台11上。导管夹持旋捻装置3安装在第一承载座30上，并通过第一承载座30安装在第一位移工作台11上。第一承载座30位于导管夹持旋捻装置3与第一位移工作台11之间。导丝夹持旋捻装置4安装在第二承载座40’上，并通过第二承载座40’安装在第二位移工作台12上。第二承载座40’位于导丝夹持旋捻装置4与第二位移工作台12之间。第二位移工作台12通过平台位移底座17安装在第一位移工作台11上。第二位移工作台12和第一位移工作台11呈阶梯设置结构。导管和导丝相应贯穿于导丝夹持旋捻装置4、导管夹持旋捻装置3和微调装置2，并保持同一高度，有利于导管和导丝的递送。相应的调节微调承载座20、第一承载座30和第二承载座40的高度，可以保证架设在导管和导丝捻旋推进机构上的导管或导丝处于同一高度。

第一位移工作台11包括第一容置盒体111和安装在第一容置盒体111上的第一盖板112。微调承载座20固定连接于第一盖板112，并位于第一盖板112的左端。导管位移机构13和平台位移机构14'位于第一容置盒体111的内部。其中，导管位移机构13安装在第一位移工作台11的左侧，平台位移机构14'安装在第一位移工作台11的右侧，以配合导管和导丝捻旋推进机构组装并递送导管和导丝。第一承载座30与导管位移机构13通过导管位移底座16连接，第一承载座30位于导管位移底座16的上侧，导管位移机构13位于导管位移底座16的下侧。导管位移机构13通过导管位移底座16带动安装在第一承载座30的导管夹持旋捻装置3移动。第二位移工作台12与平台位移机构14'通过平台位移底座17’连接，第二位移工作台12位于平台位移底座17’的上侧，平台位移机构14'位于平台位移底座17’的下侧。平台位移机构14'通过平台位移底座17’带动第二位移工作台12移动。第一盖板112设有供导管位移底座16移动的第一滑槽113以及供平台位移底座17移动的第二滑槽114'。导管位移底座16设有向上凸出并能够移动于第一滑槽113的第一凸出块161。第一凸出块161的数量为两个，第一滑槽113的数量相应为两个。第一承载座30的底端固定连接于两个第一凸出块161。平台位移底座17’设有向上凸出并能够移动于第二滑槽114'的第二凸出块171’。第二凸出块171’的数量为两个，第二滑槽114'的数量相应为两个。第二位移工作台12的底端固定连接于两个第二凸出块171’。第一滑槽113和第二滑槽114'的开设方向相同，均以导管和导丝的移动方向开设。第一盖板112上开设第一滑槽113，有利于导管位移底座16移动；第一盖板112上开设第二滑槽114'，有利于平台位移底座17’移动。当然在其他实施方式中，导管位移机构13和平台位移机构14'亦可以安装在第一容置盒体111的外部，例如：导管位移机构13和平台位移机构14'安装在第一盖板112上。

第二位移工作台12包括第二容置盒体121和安装在第二容置盒体121上的第二盖板122。导丝位移机构15位于第二容置盒体121的内部。第二承载座40’与导丝位移机构15通过导丝位移底座18连接，第二承载座40’位于导丝位移底座18的上侧，导丝位移机构15位于导丝位移底座18的下侧。导丝位移机构15通过导丝位移底座18带动安装在第二承载座40’的导丝夹持旋捻装置4移动。第二盖板122设有供导丝位移底座18移动的第三滑槽123。导丝位移底座18设有向上凸出并能够移动于第三滑槽123的第三凸出块181。第三凸出块181的数量为两个，第三滑槽123的数量相应为两个。第二承载座40的底端固定连接于两个第三凸出块181。第三滑槽123与第一滑槽113、第二滑槽114'的开设方向均相同，均以导管和导丝的移动方向开设。第二盖板122上开设第三滑槽123，有利于导丝位移底座18移动。

导管位移机构13、平台位移机构14'和导丝位移机构15采用为丝杆传动机构。丝杆传动机构包括电机50、连接于电机输出轴的丝杆51、螺旋连接于丝杆51的丝杠螺母52、沿丝杆51长度方向铺设的导轨53、可滑动地连接于导轨53并固定连接于丝杠螺母52的滑动块54。该电机50采用为步进电机。电机50固定安装在容置盒体上，电机输出轴通过联轴器连接于丝杆51并带动丝杆51转动。丝杆51的两端分别通过固定座55安装在容置盒体上。丝杆51转动时，丝杠螺母52沿丝杆长度方向移动。导轨53的数量为两个，两个导轨53分别铺设在丝杆51的两侧。每一导轨53上设有滑动块54，两个滑动块54固定连接于丝杠螺母52，两个滑动块54跟随丝杠螺母52沿丝杆51长度方向移动。位移底座的底端固定连接于两个滑动块54。相应的，导管位移机构13的两个滑动块54固定连接导管位移底座16，并带动导管位移底座16移动；平台位移机构14'的两个滑动块54固定连接平台位移底座17’，并带动平台位移底座17’移动；导丝位移机构15的两个滑动块54固定连接导丝位移底座18，并带动导丝位移底座18移动。

当然在其他实施方式中，导管位移机构、平台位移机构和导丝位移机构亦可以采用为推杆传动机构，例如：电动推杆。

参阅图4及图20至图22，本实施例中，第一承载座30凹设有放置导管夹持旋捻装置3的固定箱体的第一阶台凹槽301。固定箱体31前端的两侧分别通过销轴连接于第一承载座30。第一阶台凹槽301的底壁设有第一压力传感器302，第一压力传感器302能够接触于导管夹持旋捻装置3的固定箱体。该第一压力传感器302用以检测导管夹持旋捻装置3相对第一承载座30的压力变化。导管位移机构13带动导管夹持旋捻装置3移动，当导管碰触血管壁时，导管位移机构13的阻力增大，通过杠杆原理放大导管在血管内的微小阻力，以将微小阻力放大后传递给第一压力传感器302，实现导管阻力信号的采集，并有利于导管夹持装置捻旋导管，调整导管移动方向。

第二承载座40凹设有放置导丝夹持旋捻装置4的固定箱体31的第二阶台凹槽41’。固定箱体31前端的两侧分别通过销轴连接于第二承载座40’。第二阶台凹槽41的底壁设有第二压力传感器42’，第二压力传感器42’能够接触于导丝夹持旋捻装置4的固定箱体。该第二压力传感器42’用以检测导丝夹持旋捻装置4相对第二承载座40’的压力变化。导丝位移机构15和/或平台位移机构14'带动导丝夹持旋捻装置4移动，当导丝碰触血管壁时，导丝位移机构15和/或平台位移机构14'的阻力增大，通过杠杆原理放大导丝在血管内的微小阻力，以将微小阻力放大后传递给第二压力传感器42’，实现导丝阻力信号的采集，并有利于导丝夹持装置捻旋导丝，调整导丝移动方向。

本发明微创血管介入手术机器人导管和导丝捻旋推进机构的工作原理如下：

导管夹持旋捻装置3的张合电机351正向转动，带动曲柄352旋转，曲柄352带动连杆353移动，连杆353通过传动杆354带动齿轮转动副34相对第二转轴324转动，相应带动第三旋捻辊子347分离于第一旋捻辊子323和第二旋捻辊子326，将导管放置于容置壳体311的导管V形槽313上及三个旋捻辊子之间；张合电机351反向转动，使得第三旋捻辊子347聚拢于第一旋捻辊子323和第二旋捻辊子326，实现对导管的夹持。

导丝夹持旋捻装置4的张合电机351正向转动，带动曲柄352旋转，曲柄352带动连杆353移动，连杆353通过传动杆354带动齿轮转动副34相对第二转轴324转动，相应带动第三旋捻辊子347分离于第一旋捻辊子323和第二旋捻辊子326，将导丝放置于容置壳体311的导丝V形槽313上及三个旋捻辊子之间，导丝向前延伸并贯穿于导管；张合电机351反向转动，使得第三旋捻辊子347聚拢于第一旋捻辊子323和第二旋捻辊子326，实现对导丝的夹持。

微调装置2的凸轮旋转电机241逆时针转动，凸轮242的凸出部逐渐分离于从动辊支架218，通过拉簧244的拉力使得从动辊支架218向第二侧板214方向移动，使得从动辊222远离于主动辊221并增加主动辊221与从动辊222之间的凹槽间隙，导管和导丝自导向管23引入后伸入于主动辊221与从动辊222之间的间隙凹槽中，并向前方延伸，实现将导管和导丝组装于微调装置2，导管和导丝能够方便于相对间隙凹槽移动。

待导管与导丝完成组装于导管和导丝捻旋推进机构后，导管夹持旋捻装置3通过导管位移机构13向前推进导管。导丝夹持旋捻装置4通过平台位移机构和/或导丝位移机构向前推进导丝。例如：导丝位移机构14沿移动平台10向前移动推进导丝，直至导丝松入至心血管指定位置；或者导丝位移机构15向前推进导丝，待导丝位移机构15移动至行程前端时，平台位移机构14’继续向前推进导丝，直至导丝送入至心血管指定位置；导管位移机构13向前推进导管，直至导管送入至心血管指定位置；其中，导管位移机构13、导丝位移机构15和平台位移机构14’可同步移动或单独移动，即可方便于导管和/或导丝向血管内同步或独立递送。若各个位移机构通过一次行程未能使得导管和导丝移动至指定位置，此时，微调装置2的凸轮旋转电机241顺时针转动，凸轮242的凸出部抵压从动辊支架218，推动从动辊支架218向主动辊支架216方向移动，拉簧244相应被拉长，从动辊222抵压于主动辊221并减小主动辊221与从动辊222之间的凹槽间隙，实现对导管与导丝的夹紧；导管位移机构13、导丝位移机构15和平台位移机构14均反向移动，并带动导管夹持旋捻装置3和导丝夹持旋捻装置4移动到初始位置(此时因导管与导丝夹紧于微调装置2，各个位移机构反向移动时不会带动导管和导丝反向移动)，微调装置2的凸轮旋转电机241再次逆时针转动，使得从动辊222远离于主动辊221并增加主动辊221与从动辊222之间的凹槽间隙；导管位移机构13、导丝位移机构15和平台位移机构14均重复上述操作，直至导管和导丝移动至心血管指定位置。

其中：导丝在向前移动的过程中，当导丝遇到分叉血管，需要调整前行方向时，导丝夹持旋捻装置4的旋捻电机33转动，齿轮传动机构32带动三个旋捻辊子以相同转速和转向转动，模拟人手操作以相同转向匀速捻旋导丝，以调整导丝的前行方向；套设于导丝外周的导管作相应转向，当然亦可以开启导管夹持旋捻装置3的旋捻电机33，导管夹持旋捻装置3的齿轮传动机构32带动三个旋捻辊子以相同转速和转向转动，模拟人手操作以相同转向匀速捻旋导管，以调整导管的前行方向。

当导管和导丝接近心血管指定位置，需要对导管和导丝进行局部位置的微调时，导管位移机构13、导丝位移机构15和平台位移机构14均停止移动，导管夹持旋捻装置3和导丝夹持旋捻装置4的张合电机351均正向转动，带动第三旋捻辊子347分离于第一旋捻辊子323和第二旋捻辊子326，即当前导管和导丝不受三个旋捻辊子夹持；微调装置2的凸轮旋转电机241顺时针转动，带动从动辊222抵压于主动辊221并减小主动辊221与从动辊222之间的凹槽间隙，实现对导管与导丝的夹紧；微调装置2的辊压微调电机223旋转带动主动微调齿轮224转动，从动微调齿轮226啮合传动于主动微调齿轮224带动主动辊轴225，从动辊轴227配合传动于主动辊轴225，使得主动辊221与从动辊222相对压合转动，实现对导管和导丝局部位置的微调。

需要说明的是：上述将导管组装在导管夹持旋捻装置、将导丝组装在导丝夹持旋捻装置以及将导管和导丝组装在微调装置时不分先后顺序，实际工作中可视实际情况进行相应组装；另外，上述说明中有关各个电机的“正向转动”、“反向转动”以及“逆时针转动”、“顺时针转动”仅是为了方便于表述电机的两种转动方式，并非对技术方案的限制，本领域技术人员能够清楚并理解电机的工作原理。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (8)

1.一种微创血管介入手术机器人导管和导丝捻旋推进机构，其特征在于：包括位移平台以及依次安装在位移平台上的微调装置、导管夹持旋捻装置和导丝夹持旋捻装置；所述位移平台上安装有带动导管夹持旋捻装置移动的导管位移机构和带动导丝夹持旋捻装置移动的导丝位移机构；

所述微调装置包括安装在位移平台上的固定支架、安装在固定支架上的辊压机构以及供导管和导丝贯穿并引入至辊压机构的导向管；所述辊压机构包括主动辊、配合于主动辊的从动辊、驱动主动辊转动的辊压微调电机，以及调节主动辊与从动辊之间间距的间距调节机构；

所述导管夹持旋捻装置和导丝夹持旋捻装置均包括齿轮传动机构、驱动齿轮传动机构转动的旋捻电机、连接于齿轮传动机构并相互压合的第一旋捻辊子和第二旋捻辊子、啮合传动于齿轮传动机构的第三旋捻辊子以及带动第三旋捻辊子聚拢或分离于第一旋捻辊子和第二旋捻辊子的张合装置；所述第一旋捻辊子、第二旋捻辊子和第三旋捻辊子以相同转速和转向转动；

辊压微调电机的输出轴上通过弹性联轴器安装有主动微调齿轮；主动辊支架上设有主动辊轴，主动辊轴上套设有主动辊和啮合传动于主动微调齿轮的从动微调齿轮；从动微调齿轮从动于主动微调齿轮并带动主动辊围绕主动辊轴的轴心线同步转动；主动辊的外周面设有环形凹槽，以容置部分导管；从动辊支架设有从动辊轴，主动辊轴上套设有配合于主动辊的从动辊；从动辊的外周面设有环形凹槽，以容置部分导管；导管和导丝自导向管引入后伸入于主动辊与从动辊之间的间隙凹槽中；

间距调节机构包括安装在凸轮旋转电机支架上的凸轮旋转电机，连接于凸轮旋转电机输出轴的凸轮、连接于从动辊支架与第二侧板的导向轴以及套接于导向轴的拉簧。

2.根据权利要求1所述的微创血管介入手术机器人导管和导丝捻旋推进机构，其特征在于：所述旋捻电机的输出轴通过联轴器连接有主动旋捻齿轮，所述齿轮传动机构包括平行设置的第一转轴和第二转轴、套接于第一转轴的第一齿轮以及套接于第二转轴的第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮均啮合于主动旋捻齿轮；所述第一旋捻辊子安装于第一转轴上，第二旋捻辊子安装于第二转轴上。

3.根据权利要求2所述的微创血管介入手术机器人导管和导丝捻旋推进机构，其特征在于：所述导管夹持旋捻装置和导丝夹持旋捻装置均包括可转动地连接于第二转轴的第一轴座和第二轴座、安装在第一轴座和第二轴座之间的第三转轴和第四转轴、套接于第三转轴的第三齿轮以及套接于第四转轴的第四齿轮；所述第三齿轮啮合于第二齿轮，所述第四齿轮啮合于第三齿轮，所述第三旋捻辊子安装在第四转轴上并压合于第一旋捻辊子和第二旋捻辊子。

4.根据权利要求3所述的微创血管介入手术机器人导管和导丝捻旋推进机构，其特征在于：所述张合装置包括张合电机、安装在张合电机输出轴上的曲柄、铰接于曲柄的连杆以及可转动地连接于连杆的传动杆；所述传动杆的一端连接于连杆，传动杆的另一端连接于第一轴座。

5.根据权利要求3所述的微创血管介入手术机器人导管和导丝捻旋推进机构，其特征在于：所述第一旋捻辊子、第二旋捻辊子和第三旋捻辊子均设有相互嵌入的环形卡槽。

6.根据权利要求1所述的微创血管介入手术机器人导管和导丝捻旋推进机构，其特征在于：所述导管夹持旋捻装置与导管位移机构之间设有第一承载座，所述第一承载座上设有用以检测导管夹持旋捻装置相对第一承载座压力变化的第一压力传感器；

所述导丝夹持旋捻装置与导丝位移机构之间设有第二承载座，所述第二承载座上设有用以检测导丝夹持旋捻装置相对第二承载座压力变化的第二压力传感器。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的微创血管介入手术机器人导管和导丝捻旋推进机构，其特征在于：所述导管和导丝捻旋推进机构还包括用于微调导管和导丝推进状态的微调装置，所述微调装置、导管夹持旋捻装置和导丝夹持旋捻装置依次安装在位移平台上。

8.根据权利要求1至6中任意一项所述的微创血管介入手术机器人导管和导丝捻旋推进机构，其特征在于：所述位移平台包括第一位移工作台和安装在第一位移工作台上方的第二位移工作台，所述导管夹持旋捻装置安装在第一位移工作台上，所述导丝夹持旋捻装置安装在第二位移工作台上；

所述导管位移机构安装在第一位移工作台上，所述导丝位移机构安装在第二位移工作台上；所述第一位移工作台上还安装有带动第二位移工作台移动的平台位移机构。

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