CN110859674A - 一种介入手术机器人主端控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种介入手术机器人主端控制装置，包括：基板，基板固定于机器人壳体上，其顶部平行布置有第一导轨和第二导轨，且第一导轨长度小于第二导轨长度值；两组限位板，两组限位板对称固定于第一导轨两端；主动推杆组件，主动推杆组件底部具有沿第一导轨、且可滑动于两组限位板之间的推杆滑块；定栅尺，定栅尺固定于基板上，且位于第一导轨和第二导轨之间；容栅传感器，主动推杆组件靠近定栅尺一侧固定有与定栅尺配合的容栅传感器；两组电机驱动组件，两组电机驱动组件对称布置于第二导轨上，且其输出部分可相对移动使主动推杆组件回位或夹紧；其中主动推杆组件、容栅传感器和电机驱动组件均与机器人控制系统电性连接。

Description

一种介入手术机器人主端控制装置

技术领域

本发明涉及微创血管介入手术装置技术领域，更具体的说是涉及一种介入手术机器人主端控制装置。

背景技术

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。介入手术存在以下两点问题，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，导致病人生命危险。其次，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。通过借助机器人技术能够有效应对上述问题，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。

国内对于介入手术机器人主端操控部分一般采用摇杆、手柄或导管，其中采用摇杆或手柄，在主端无法真实还原医生对导管导丝的实际操作，非手指间的控制导致无法运用已有的经验；而且多数主端装置没有力反馈，安全性不够，容易在手术中因误操作而发生意外；采用力反馈的手柄或摇杆，其力反馈是在手腕上，不符合实际介入手术中医生在手指间感觉到的力；采用真实导管来操作，涉及导管在工作台上占据空间大，不利于重复使用，造成实际使用中很不方便；操作中需要反复复位导管，在实际使用中很繁琐，而且容易产生误操作。

因此，如何提供一种介入手术机器人主端控制装置是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种介入手术机器人主端控制装置，解决采用摇杆、手柄无法还原医生对导管导丝的实际推进手感，是的原有经验无法运用，且没有力的反馈，推进过程中安全性不够，同时减小了导管占据空间大，操作繁琐的技术问题。

本发明提供的一种介入手术机器人主端控制装置，包括：

基板，基板固定于机器人壳体上，其顶部平行布置有第一导轨和第二导轨，且第一导轨长度小于第二导轨长度值；

两组限位板，两组限位板对称固定于第一导轨两端；

主动推杆组件，主动推杆组件底部具有沿第一导轨、且可滑动于两组限位板之间的推杆滑块；

定栅尺，定栅尺固定于基板上，且位于第一导轨和第二导轨之间；

容栅传感器，主动推杆组件靠近定栅尺一侧固定有与定栅尺配合的容栅传感器；

两组电机驱动组件，两组电机驱动组件对称布置于第二导轨上，且其输出部分可相对移动使主动推杆组件回位或夹紧；

其中主动推杆组件、容栅传感器和电机驱动组件均与机器人控制系统电性连接。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种介入手术机器人主端控制装置，医生通过推动主动推杆组件运动，通过容栅传感器与定栅尺的配合检测出主动推杆组件运动的位移，反馈给机器人控制系统，机器人控制系统控制机器人的推进部分对应移动相同位移，由此医生根据经验可以通过调节主动推杆组件的位移实现对导丝或导管相同位移的控制，操作方便；同时机器人控制系统根据容栅传感器的信号，控制任一组电机驱动组件的输出部分移动，使主动推杆组件由边缘回至初始位置(中间位置)后输出部分回至原位，或在紧急情况下，两组电机驱动组件同时运动夹紧主动推杆组件，这样主动推杆组件不能移动，用于提示一声操作中有状况，给医生力反馈，提高了手术的安全性。

进一步地，主动推杆组件包括：推杆座、支撑柱、托架、编码器及推杆；推杆座固定于推杆滑块上，其一侧固定有容栅传感器；支撑柱底部与推杆座固定，其顶部固定有托架，编码器固定于托架上，推杆与编码器连接，且编码器与机器人控制系统电性连接。其中旋转推杆，推杆带动编码器旋转，编码器将旋转信号发送给机器人控制系统，机器人控制系统控制导丝旋转相同角度，达到与医生操作同步旋转角度的控制目的，操作方便，医生的经验也可得到发挥。

进一步地，推杆座一侧连接有伸出至第二导轨上的连接件，容栅传感器固定于连接件底部，方便推杆座移动中带动连接件，连接件带动容栅传感器进行同步移动，使机器人控制系统能够同步获知推杆移动的位移。

进一步地，每一组电机驱动组件均包括电机支架、丝杠步进电机、电机滑块、电机轴支架及丝母；电机支架固定于第二导轨一端，其上固定有与机器人控制系统电性连接的丝杠步进电机，丝杠步进电机的丝杠朝向连接件，丝杠上配合有丝母，丝母固定于电机轴支架上，电机轴支架固定于电机滑块顶部，电机滑块可滑动于第二导轨上，且推动连接件回至原位或与另一个电机滑块配合实现夹紧连接件。当丝杠步进电机收到机器人控制系统的指令旋转，其丝杠旋转带动丝母(因丝母固定于电机轴支架)，做轴向移动，由此经电机轴支架带动电机滑块在第二导轨上滑动，将运动至边缘的推杆(连接件)推回至第二导轨的中间位置，然后丝杠步进电机反转，将电机滑座带回至初始位置；当机器人控制系统检测到有紧急状况，控制两组丝杠步进电机同时旋转，两组电机滑块同时夹紧连接件，此时推杆不能移动，给医生力的反馈，提高了手术的安全性。

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介入手术机器人主端控制装置的立体图一；

图2附图为本发明提供的介入手术机器人主端控制装置的立体图二；

图中：

100-基板，101-第一导轨，102-第二导轨，200-限位板，300-主动推杆组件，301-推杆滑块，302-推杆座，3021-连接件，303-支撑柱，304-托架，305-编码器，306-推杆，400-定栅尺，500-容栅传感器，600-电机驱动组件，601-电机支架，602-丝杠步进电机，603-电机滑块，604-电机轴支架，605-丝母。

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。

本发明实施例公开了一种介入手术机器人主端控制装置，解决采用摇杆、手柄无法还原医生对导管导丝的实际推进手感，是的原有经验无法运用，且没有力的反馈，推进过程中安全性不够，同时减小了导管占据空间大，操作繁琐的技术问题。

参见附图1和2，本申请提供了一种介入手术机器人主端控制装置，包括：

基板100，基板100固定于机器人壳体上，其顶部平行布置有第一导轨101和第二导轨102，且第一导轨101长度小于第二导轨102长度值；

两组限位板200，两组限位板200对称固定于第一导轨101两端；

主动推杆组件300，主动推杆组件300底部具有沿第一导轨101、且可滑动于两组限位板200之间的推杆滑块301；

定栅尺400，定栅尺400固定于基板100上，且位于第一导轨101和第二导轨102之间；

容栅传感器500，主动推杆组件300靠近定栅尺400一侧固定有与定栅尺400配合的容栅传感器500；

两组电机驱动组件600，两组电机驱动组件600对称布置于第二导轨102上，且其输出部分可相对移动使主动推杆组件300回位或夹紧；

其中主动推杆组件300、容栅传感器500和电机驱动组件600均与机器人控制系统电性连接。

本发明公开提供了一种介入手术机器人主端控制装置，医生通过推动主动推杆组件运动，通过容栅传感器与定栅尺的配合检测出主动推杆组件运动的位移，反馈给机器人控制系统，机器人控制系统控制机器人的推进部分对应移动相同位移，由此医生根据经验可以通过调节主动推杆组件的位移实现对导丝或导管相同位移的控制，操作方便；同时机器人控制系统根据容栅传感器的信号，控制任一组电机驱动组件的输出部分移动，使主动推杆组件由边缘回至初始位置(中间位置)后输出部分回至原位，或在紧急情况下，两组电机驱动组件同时运动夹紧主动推杆组件，这样主动推杆组件不能移动，用于提示一声操作中有状况，给医生力反馈，提高了手术的安全性。

其中机器人控制系统采用可编程的PIC，通过使用情况设置。

根据本发明提供的一个实施例，主动推杆组件300包括：推杆座302、支撑柱303、托架304、编码器305及推杆306；推杆座302固定于推杆滑块上，其一侧固定有容栅传感器500；支撑柱303底部与推杆座302固定，其顶部固定有托架304，编码器305固定于托架304上，推杆306与编码器305连接，且编码器305与机器人控制系统电性连接。其中旋转推杆，推杆带动编码器旋转，编码器将旋转信号发送给机器人控制系统，机器人控制系统控制导丝旋转相同角度，达到与医生操作同步旋转角度的控制目的，操作方便，医生的经验也可得到发挥。

根据本发明提供的另一个实施例，推杆座302一侧连接有伸出至第二导轨102上的连接件3021，容栅传感器500固定于连接件3021底部。方便推杆座移动中带动连接件，连接件带动容栅传感器进行同步移动，使机器人控制系统能够同步获知推杆移动的位移。其中连接件可以为矩形块或矩形条。

在本发明提供的另一些实施例中，每一组电机驱动组件600均包括电机支架601、丝杠步进电机602、电机滑块603、电机轴支架604及丝母605；电机支架601固定于第二导轨102一端，其上固定有与机器人控制系统电性连接的丝杠步进电机602，丝杠步进电机602的丝杠朝向连接件3021，丝杠上配合有丝母605，丝母605固定于电机轴支架604上，电机轴支架604固定于电机滑块603顶部，电机滑块603可滑动于第二导轨102上，且推动连接件3021回至原位或与另一个电机滑块603配合实现夹紧连接件3021。当丝杠步进电机收到机器人控制系统的指令旋转，其丝杠旋转带动丝母(因丝母固定于电机轴支架)，做轴向移动，由此经电机轴支架带动电机滑块在第二导轨上滑动，将运动至边缘的推杆(连接件)推回至第二导轨的中间位置，然后丝杠步进电机反转，将电机滑座带回至初始位置；当机器人控制系统检测到有紧急状况，控制两组丝杠步进电机同时旋转，两组电机滑块同时夹紧连接件，此时推杆不能移动，给医生力的反馈，提高了手术的安全性。

本发明用于介入手术中医生在手术室外对手术室内的导管和导丝的移动和旋转的控制，通过主端操作装置发出的控制指令，控制机器人的推进装置推动导管和导丝进入患者体内，从而实现介入手术治疗的目的；能够真实模拟手术环境，且具有主端力反馈功能，操作简单，使用精度高。推杆可以左右移动，移动距离可以通过容栅传感器测量，然后把这个信号传递给机器人控制系统，达到的效果是可以使得手术室内和操作台上同步动作，比如操作推杆向左移动2cm，则机器人推送导丝向前运动2cm。向后和旋转同理。这样可以让医生有身临其境的感觉，容易让医生有直观的理解，更便于操作。推杆左右移动的距离是有限的，当达到边缘时，两侧的丝杠步进电机开始起作用，它会很快的把推杆推回到中点，即推杆的初始位置上，然后电机滑块快速退回到边缘位置上，医生可以继续进行对导丝的操作动作。这个过程是自动完成的，用于实现连续的操作。当机器人的控制系统检测到危险信号时，两侧的丝杠步进电机会同时将推杆(连接件)夹到中点位置，并且不退回，这样推杆将不能移动，用于提示医生操作中有状况，给于医生及时的力反馈。

本装置整体结构简单，和真实手术操作环境很相近，使医生上手容易，学习时间短，容易理解。由于采用了自动复位的机械结构设计，避免了采用真实导丝导管中带来了过长的不便，减少了空间占用率。本装置可以将操作装置和机器人同步运动，可以充分使用临床的操作经验；具有实时力反馈的结构，能够及时给予医生在危险情况时在手部有触觉提醒。该装置成本低廉，简单实用，机械结构稳定性好。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种介入手术机器人主端控制装置，其特征在于，包括：

基板(100)，所述基板(100)固定于机器人壳体上，其顶部平行布置有第一导轨(101)和第二导轨(102)，且所述第一导轨(101)长度小于所述第二导轨(102)长度值；

两组限位板(200)，两组所述限位板(200)对称固定于所述第一导轨(101)两端；

主动推杆组件(300)，所述主动推杆组件(300)底部具有沿所述第一导轨(101)、且可滑动于两组所述限位板(200)之间的推杆滑块(301)；

定栅尺(400)，所述定栅尺(400)固定于所述基板(100)上，且位于所述第一导轨(101)和所述第二导轨(102)之间；

容栅传感器(500)，所述主动推杆组件(300)靠近所述定栅尺(400)一侧固定有与所述定栅尺(400)配合的容栅传感器(500)；

两组电机驱动组件(600)，两组所述电机驱动组件(600)对称布置于所述第二导轨(102)上，且其输出部分可相对移动使所述主动推杆组件(300)回位或夹紧；

其中，所述主动推杆组件(300)、所述容栅传感器(500)和所述电机驱动组件(600)均与机器人控制系统电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种介入手术机器人主端控制装置，其特征在于，所述主动推杆组件(300)包括：推杆座(302)、支撑柱(303)、托架(304)、编码器(305)及推杆(306)；所述推杆座(302)底部固定于所述推杆滑块(301)上，其一侧固定有所述容栅传感器(500)；所述支撑柱(303)底部与所述推杆座(302)固定，其顶部固定有所述托架(304)，所述编码器(305)固定于所述托架(304)上，所述推杆(306)与所述编码器(305)连接，且所述编码器(305)与所述机器人控制系统电性连接。

3.根据权利要求2所述的一种介入手术机器人主端控制装置，其特征在于，所述推杆座(302)一侧连接有伸出至所述第二导轨(102)上的连接件(3021)，所述容栅传感器(500)固定于所述连接件(3021)底部。

4.根据权利要求3所述的一种介入手术机器人主端控制装置，其特征在于，每一组电机驱动组件(600)均包括电机支架(601)、丝杠步进电机(602)、电机滑块(603)、电机轴支架(604)及丝母(605)；所述电机支架(601)固定于所述第二导轨(102)一端，其上固定有与所述机器人控制系统电性连接的所述丝杠步进电机(602)，所述丝杠步进电机(602)的丝杠朝向所述连接件(3021)，所述丝杠上配合有所述丝母(605)，所述丝母(605)固定于所述电机轴支架(604)上，所述电机轴支架(604)固定于所述电机滑块(603)顶部，所述电机滑块(603)可滑动于所述第二导轨(102)上，且推动所述连接件(3021)回至原位或与另一个所述电机滑块(603)配合实现夹紧所述连接件(3021)。

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