CN110859673A - 介入手术机器人往复推拉导丝和测距装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种介入手术机器人往复推拉导丝和测距装置，包括基准安装板、驱动部件、齿轮传动部件、连杆传动部件和测距部件；驱动部件包括步进电机、连轴伞状齿轮；齿轮传动部件包括连接伞状齿轮、伞状齿轮、长柄直齿轮、短柄直齿轮、齿轮固定连接件；连杆传动部件包括微型直线导轨、滑块一、滑块二、连接件一、连接件二、直线连杆、曲柄连杆；测距部件包括定栅和容栅传感器。本发明主要解决的是如何让该介入手术机器人实现往复推拉的动作，通过该往复推拉动作再加上后续的前后交替夹紧松开动作，可以模拟实现人手的实际操作动作。本发明通过合理的结构设计，大大减小了装置体积，并且结合容栅传感器，可以准确的测出导丝移动的距离。

Description

介入手术机器人往复推拉导丝和测距装置

技术领域

本发明涉及微创血管介入手术技术领域，具体的说，涉及对于介入手术中机器人从端对导丝的控制技术，更具体的说，涉及一种介入手术机器人往复推拉导丝和测距装置。

背景技术

全球每年有近3000万人死于心脑血管疾病，占所有疾病死亡率的30％左右，其中，我国患有心脑血管疾病人数近3亿。心脑血管疾病已经成为人类疾病死亡的三大原因之一，严重影响着国民健康和人们的正常生活。

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。和传统外科手术相比，有着切口小、术后恢复时间短等明显优势。心脑血管介入手术是由医生手动将导管、导丝以及支架等器械送入病患体内来完成治疗的过程。

但是介入手术存在以下2点问题，第一，在手术过程中，由于DSA会发出X射线，医生体力下降较快，注意力及稳定性也会下降，将导致操作精度下降，易发生因推送力不当引起的血管内膜损伤、血管穿孔破裂等事故，导致病人出现生命危险；第二，长期电离辐射的积累伤害会大幅地增加医生患白血病、癌症以及急性白内障的几率。医生因为做介入手术而不断积累射线的现象，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。

而通过借助机器人技术对导丝遥操作的手术方法能够有效应对上述这一问题，还可以大幅提高手术操作的精度与稳定性，同时能够有效降低放射线对介入医生的伤害，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。

但是目前现有的血管介入手术机器人存在有如下几个方面的问题：(1)结构相对比较臃肿复杂，安装不便，不够灵活方便；(2)导丝往复推拉和旋捻的装置体积大，占据了较多的手术台空间，不适用于临床需要；(3)设备不仅制造成本高，而且影响操作精度；(4)没有准确测量推送距离的功能。

因此如何改进现有的血管介入手术机器人的结构以克服上述诸多问题，是本领域技术人员的一个重要研究方向。

发明内容

本发明提供的一种介入手术机器人往复推拉导丝和测距装置，其目的在于解决现有血管介入手术机器人在实际手术中的结构较为复杂，体积过大不适用于实际手术环境，对导丝控制不精准，无法准确测移动距离的问题，为可以像现实医生双手交替操作提供了技术上的支持。

为此，本发明的目的在于提出一种介入手术机器人往复推拉导丝和测距装置，包括基准安装板、驱动部件、齿轮传动部件、连杆传动部件和测距部件；

所述驱动部件包括步进电机，所述步进电机的电机输出轴上安装有一连轴伞状齿轮；

所述齿轮传动部件包括连接伞状齿轮、伞状齿轮、长柄直齿轮、短柄直齿轮以及齿轮固定连接件；所述齿轮固定连接件安装于所述基准安装板上方；所述连接伞状齿轮、所述伞状齿轮、所述长柄直齿轮以及所述短柄直齿轮均通过轴承固定安装在所述齿轮固定连接件上；所述连接伞状齿轮的下端与所述连轴伞状齿轮相啮合；所述连接伞状齿轮的侧端与所述伞状齿轮相啮合；所述伞状齿轮与所述长柄直齿轮同轴连接，所述短柄直齿轮与所述长柄直齿轮相啮合；所述长柄直齿轮和所述短柄直齿轮的尺寸相同且二者在其各自的外侧面上均设有一与所述连杆传动部件相连接的偏心凸台，其中，两个所述偏心凸台的连线须在所述长柄直齿轮和所述短柄直齿轮的圆心连线的延长线上；

所述连杆传动部件包括安装于所述基准安装板上方的微型直线导轨，在所述微型直线导轨的上方安装有滑块一和滑块二，所述滑块一上安装有连接件一，所述滑块二上安装有连接件二，所述连接件一位于靠近所述长柄直齿轮和所述短柄直齿轮的一侧，所述连接件二位于远离所述长柄直齿轮和所述短柄直齿轮的一侧，所述连接件一上的凸台与所述长柄直齿轮上的偏心凸台通过一直线连杆相连接，所述连接件二上的凸台与所述短柄直齿轮上的偏心凸台通过一曲柄连杆相连接；当所述长柄直齿轮和所述短柄直齿轮转动时，通过所述直线连杆和所述曲柄连杆能够带动所述连接件一和所述连接件二在所述基准安装板上呈相对或者相反方向运动；

所述测距部件包括固定于所述连接件一下底面的定栅和固定于所述基准安装板上表面的容栅传感器，所述容栅传感器与所述定栅相贴合且二者之间能够实现相对滑动。

通过采用上述技术方案，本发明主要解决的是如何让该介入手术机器人实现往复推拉的动作，通过该往复推拉动作再加上后续的前后交替夹紧和松开动作，可以模拟实现人手的实际操作动作，实现往复动作。

本发明通过合理的结构设计，大大减小了装置体积，并且结合容栅传感器，可以准确的测出导丝移动的距离。

在上述技术方案的基础上，本发明还可做出如下改进：

优选的，所述容栅传感器与所述基准安装板之间通过数个铜柱连接固定。

当容栅传感器的高度不够时，铜柱可以把容栅传感器垫高，以使其能够与定栅相贴合。

优选的，所述步进电机通过一电机连接件安装于所述基准安装板的下方，所述步进电机的电机输出轴穿过所述基准安装板后由固定于其上的所述连轴伞状齿轮与所述连接伞状齿轮相连接。

优选的，所述电机输出轴通过顶丝与所述连轴伞状齿轮连接固定。

优选的，所述连轴伞状齿轮、所述连接伞状齿轮、所述伞状齿轮、所述长柄直齿轮以及所述短柄直齿轮的末端均采用挡圈进行固定，以限制齿轮在轴向方向上的运动。

优选的，所述定栅与所述连接件一的下底面通过双面胶粘贴固定。

优选的，所述齿轮固定连接件包括：用于固定所述连接伞状齿轮的齿轮固定连接件一、用于固定所述伞状齿轮的齿轮固定连接件二、用于固定所述长柄直齿轮和所述短柄直齿轮的齿轮固定连接件三，所述齿轮固定连接件二和所述齿轮固定连接件三的安装位置相对，所述齿轮固定连接件一位于所述齿轮固定连接件二和所述齿轮固定连接件三靠近所述微型直线导轨的一侧。

优选的，所述伞状齿轮固定于所述齿轮固定连接件二上与所述齿轮固定连接件三相对的一面上；所述长柄直齿轮和所述短柄直齿轮固定于所述齿轮固定连接件三上与所述齿轮固定连接件二相对的一面的反面上。

相较于现有技术，本发明一种介入手术机器人往复推拉导丝和测距装置，具有以下有益效果：

1、本发明介入手术机器人往复推拉导丝和测距装置，创新性的采用了往复运动的机械结构设计，大大缩短了装置的体积。

2、本发明介入手术机器人往复推拉导丝和测距装置，创新性的采用了容栅传感器的测量距离方法，在测量距离的精确度上有了大幅的提高。

3、本发明介入手术机器人往复推拉导丝和测距装置，整体结构简单，采用模块化结构设计，拆装组合简便，结构紧凑。

4、本发明介入手术机器人往复推拉导丝和测距装置采用往复运动控制方法，可以使步进电机连续转动过程中完成往复推拉导丝的过程，由于其可以连续操作，不需要中途切换等操作，方便了人们控制和使用，而且其控制方法简单方便，可以完全满足血管介入手术对导丝的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的一种介入手术机器人往复推拉导丝和测距装置的立体结构示意图。

图2附图为本发明提供的一种介入手术机器人往复推拉导丝和测距装置的爆炸视图示意图。

其中，图中，

100-基准安装板；

200-驱动部件，

201-步进电机，202-连轴伞状齿轮；

300-齿轮传动部件，

301-连接伞状齿轮，302-伞状齿轮，303-长柄直齿轮，304-短柄直齿轮，305-齿轮固定连接件，3051-齿轮固定连接件一，3052-齿轮固定连接件二，3053-齿轮固定连接件三，306-偏心凸台；

400-连杆传动部件，

401-微型直线导轨，402-滑块一，403-滑块二，404-连接件一，405-连接件二，406-直线连杆，407-曲柄连杆；

500-测距部件，

501-容栅传感器。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，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，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例：

下面根据图1-2详细描述本发明实施例的一种介入手术机器人往复推拉导丝和测距装置。

本发明实施例公开了一种介入手术机器人往复推拉导丝和测距装置，该装置解决了现有血管介入手术机器人在实际手术中的结构较为复杂，体积过大不适用于实际手术环境，对导丝控制不精准，无法准确测移动距离等问题，其主要功能是实现了对导丝的推进和撤出，可以模拟人手的实际操作动作，实现往复动作，减小了装置体积，并且结合容栅传感器，可以准确测出导丝移动的距离。

如图1-2所示，该介入手术机器人往复推拉导丝和测距装置具体包括基准安装板100、驱动部件200、齿轮传动部件300、连杆传动部件400和测距部件500。

驱动部件200包括步进电机201，步进电机201通过一电机连接件安装于基准安装板100的下方，步进电机201的电机输出轴穿过基准安装板100且该电机输出轴上通过顶丝安装有一连轴伞状齿轮202，连轴伞状齿轮202与齿轮传动部件300相连接，可以带动齿轮传动部件300中的各齿轮转动。

齿轮传动部件300包括连接伞状齿轮301、伞状齿轮302、长柄直齿轮303、短柄直齿轮304以及齿轮固定连接件305；齿轮固定连接件305安装于基准安装板100上方；连接伞状齿轮301、伞状齿轮302、长柄直齿轮303以及短柄直齿轮304均通过轴承固定安装在齿轮固定连接件305上；连接伞状齿轮301的下端与连轴伞状齿轮202相啮合；连接伞状齿轮301的侧端与伞状齿轮302相啮合；伞状齿轮302与长柄直齿轮303分布于连接伞状齿轮301同一侧的两端且二者同轴连接，短柄直齿轮304与长柄直齿轮303相啮合；长柄直齿轮303和短柄直齿轮304的尺寸相同且二者在其各自的外侧面上均设有一与连杆传动部件400相连接的偏心凸台306，其中，两个偏心凸台306的连线须在长柄直齿轮303和短柄直齿轮304的圆心连线的延长线上。

具体的，上述齿轮固定连接件305包括：用于固定连接伞状齿轮301的齿轮固定连接件一3051、用于固定伞状齿轮302的齿轮固定连接件二3052、用于固定长柄直齿轮303和短柄直齿轮304的齿轮固定连接件三3053，齿轮固定连接件二3052和齿轮固定连接件三3053的安装位置相对，齿轮固定连接件一3051位于齿轮固定连接件二3052和齿轮固定连接件三3053靠近微型直线导轨401的一侧。

伞状齿轮302固定于齿轮固定连接件二3052上与齿轮固定连接件三3053相对的一面上；长柄直齿轮303和短柄直齿轮304固定于齿轮固定连接件三3053上与齿轮固定连接件二3052相对的一面的反面上。

上述连轴伞状齿轮202、连接伞状齿轮301、伞状齿轮302、长柄直齿轮303以及短柄直齿轮304的末端均采用挡圈进行固定，以限制齿轮在轴向方向上的运动。

连杆传动部件400包括安装于基准安装板100上方的微型直线导轨401，在微型直线导轨401的上方安装有滑块一402和滑块二403，滑块一402上安装有连接件一404，滑块二403上安装有连接件二405，连接件一404位于靠近长柄直齿轮303和短柄直齿轮304的一侧，连接件二405位于远离长柄直齿轮303和短柄直齿轮304的一侧，连接件一404上的凸台与长柄直齿轮303的偏心凸台306通过一直线连杆406相连接，连接件二405上的凸台与短柄直齿轮304的偏心凸台306通过一曲柄连杆407相连接；当长柄直齿轮303和短柄直齿轮304转动时，通过直线连杆406和曲柄连杆407能够带动连接件一404和连接件二405在基准安装板100上呈相对或者相反方向运动。

具体的，由于长柄直齿轮303和短柄直齿轮304前端的凸台是偏心的，所以，当步进电机201转动时，通过齿轮传递带动长柄直齿轮303和短柄直齿轮304同时转动，通过直线连杆406和曲柄连杆407带动连接件一404和连接件二405可以在安装基准板100的水平方向上左右移动。并且，由于两个偏心凸台306的特定角度，即，两个偏心凸台306的连线须在长柄直齿轮303和短柄直齿轮304的圆心连线的延长线上，可以使得步进电机201带动滑块一402和滑块二403的运动始终相反，即一个向左动，另一个向右动，从而可以模拟医生双手交替推送导丝的过程。

测距部件500包括固定于连接件一404下底面的定栅(图中未示出)和固定于基准安装板100上表面的容栅传感器501，容栅传感器501与定栅相贴合且二者之间能够实现相对滑动。

具体的，定栅通过双面胶被粘贴固定在连接件一404的下底面；容栅传感器501如若高度过低，可借助数个铜柱(本实施例中为4个短铜柱)与基准安装板100相连接，以实现容栅传感器501与定栅的相贴合以及二者之间的贴附滑动。

在推送导丝时，容栅传感器501可以测得连接件一404的移动距离，通过对容栅传感器501进行取绝对值叠加法，便可以精确测得导丝累计移动距离。

本发明介入手术机器人往复推拉导丝和测距装置的具体工作过程为：

首先，步进电机201转动带动连轴伞状齿轮202转动；然后，连轴伞状齿轮202带动齿轮传动部件300中的连接伞状齿轮301转动，连接伞状齿轮301又带动伞状齿轮302转动，因伞状齿轮302与长柄直齿轮303同轴，故长柄直齿轮303也会随着转动，与长柄直齿轮303相啮合的短柄直齿轮304也就会同时转动；然后，长柄直齿轮303通过直线连杆406带动连接件一404在微型直线导轨401上滑动，短柄直齿轮304通过曲柄连杆407带动连接件二405在微型直线导轨401上滑动，由于长柄直齿轮303和短柄直齿轮304上两个偏心凸台306之间的特定角度，可以使得步进电机201带动滑块一402和滑块二403的运动始终相反，即一个向左动，另一个向右动，从而可以模拟医生双手交替推送导丝的过程；同时，在推送导丝时，容栅传感器501可以测得连接件一404的移动距离，通过对容栅传感器501进行取绝对值叠加法，便可以精确测得导丝累计移动距离。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种介入手术机器人往复推拉导丝和测距装置，其特征在于，包括基准安装板(100)、驱动部件(200)、齿轮传动部件(300)、连杆传动部件(400)和测距部件(500)；

所述驱动部件(200)包括步进电机(201)，所述步进电机(201)的电机输出轴上安装有一连轴伞状齿轮(202)；

所述齿轮传动部件(300)包括连接伞状齿轮(301)、伞状齿轮(302)、长柄直齿轮(303)、短柄直齿轮(304)以及齿轮固定连接件(305)；所述齿轮固定连接件(305)安装于所述基准安装板(100)上方；所述连接伞状齿轮(301)、所述伞状齿轮(302)、所述长柄直齿轮(303)以及所述短柄直齿轮(304)均通过轴承固定安装在所述齿轮固定连接件(305)上；所述连接伞状齿轮(301)的下端与所述连轴伞状齿轮(202)相啮合；所述连接伞状齿轮(301)的侧端与所述伞状齿轮(302)相啮合；所述伞状齿轮(302)与所述长柄直齿轮(303)同轴连接，所述短柄直齿轮(304)与所述长柄直齿轮(303)相啮合；所述长柄直齿轮(303)和所述短柄直齿轮(304)的尺寸相同且二者在其各自的外侧面上均设有一与所述连杆传动部件(400)相连接的偏心凸台(306)，其中，两个所述偏心凸台(306)的连线须在所述长柄直齿轮(303)和所述短柄直齿轮(304)的圆心连线的延长线上；

所述连杆传动部件(400)包括安装于所述基准安装板(100)上方的微型直线导轨(401)，在所述微型直线导轨(401)的上方安装有滑块一(402)和滑块二(403)，所述滑块一(402)上安装有连接件一(404)，所述滑块二(403)上安装有连接件二(405)，所述连接件一(404)位于靠近所述长柄直齿轮(303)和所述短柄直齿轮(304)的一侧，所述连接件二(405)位于远离所述长柄直齿轮(303)和所述短柄直齿轮(304)的一侧，所述连接件一(404)上的凸台与所述长柄直齿轮(303)上的偏心凸台(306)通过一直线连杆(406)相连接，所述连接件二(405)上的凸台与所述短柄直齿轮(304)上的偏心凸台(306)通过一曲柄连杆(407)相连接；当所述长柄直齿轮(303)和所述短柄直齿轮(304)转动时，通过所述直线连杆(406)和所述曲柄连杆(407)能够带动所述连接件一(404)和所述连接件二(405)在所述基准安装板(100)上呈相对或者相反方向运动；

所述测距部件(500)包括固定于所述连接件一(404)下底面的定栅和固定于所述基准安装板(100)上表面的容栅传感器(501)，所述容栅传感器(501)与所述定栅相贴合且二者之间能够实现相对滑动。

2.根据权利要求1所述的介入手术机器人往复推拉导丝和测距装置，其特征在于，所述容栅传感器(501)与所述基准安装板(100)之间通过数个铜柱连接固定。

3.根据权利要求1所述的介入手术机器人往复推拉导丝和测距装置，其特征在于，所述步进电机(201)通过一电机连接件安装于所述基准安装板(100)的下方，所述步进电机(201)的电机输出轴穿过所述基准安装板(100)后由固定于其上的所述连轴伞状齿轮(202)与所述连接伞状齿轮(301)相连接。

4.根据权利要求1或3所述的介入手术机器人往复推拉导丝和测距装置，其特征在于，所述电机输出轴通过顶丝与所述连轴伞状齿轮(202)连接固定。

5.根据权利要求1所述的介入手术机器人往复推拉导丝和测距装置，其特征在于，所述连轴伞状齿轮(202)、所述连接伞状齿轮(301)、所述伞状齿轮(302)、所述长柄直齿轮(303)以及所述短柄直齿轮(304)的末端均采用挡圈进行固定。

6.根据权利要求1所述的介入手术机器人往复推拉导丝和测距装置，其特征在于，所述定栅与所述连接件一(404)的下底面通过双面胶粘贴固定。

7.根据权利要求1所述的介入手术机器人往复推拉导丝和测距装置，其特征在于，所述齿轮固定连接件(305)包括：用于固定所述连接伞状齿轮(301)的齿轮固定连接件一(3051)、用于固定所述伞状齿轮(302)的齿轮固定连接件二(3052)、用于固定所述长柄直齿轮(303)和所述短柄直齿轮(304)的齿轮固定连接件三(3053)，所述齿轮固定连接件二(3052)和所述齿轮固定连接件三(3053)的安装位置相对，所述齿轮固定连接件一(3051)位于所述齿轮固定连接件二(3052)和所述齿轮固定连接件三(3053)靠近所述微型直线导轨(401)的一侧。

8.根据权利要求7所述的介入手术机器人往复推拉导丝和测距装置，其特征在于，所述伞状齿轮(302)固定于所述齿轮固定连接件二(3052)上与所述齿轮固定连接件三(3053)相对的一面上；所述长柄直齿轮(303)和所述短柄直齿轮(304)固定于所述齿轮固定连接件三(3053)上与所述齿轮固定连接件二(3052)相对的一面的反面上。

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