CN111110353A - 一种介入手术机器人的主端控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种介入手术机器人的主端控制器，包括：支撑与张紧机构，主梁，主滑轨，两个主端操作装置，两个测力支撑基座和两个直线检测机构；每个测力支撑基座包括：控制器支撑座、支撑座滑轨、测力传感器和传感器固定基座；支撑座滑轨包括相互滑动配合的滑块和滑轨；相比现有技术中的主端控制器，本发明提出了另一种主端控制器，能够在手术过程中实现导管和导丝的协同推送；通过该装置将从端的介入手术机器人的操作反馈给主端控制器，主端的操作人员能够实时感受从端的操作，通过主端控制器远程操作介入手术机器人，能够辅助医生在手术室外进行介入手术操作，易于实现高精度要求下介入手术机器人的远程控制。
Description
技术领域
本发明涉及介入手术机器人技术领域，具体涉及一种介入手术机器人的主端控制器。
背景技术
世界卫生组织发布的世界卫生统计报告显示，2016年全球有1790万人死于心脑血管疾病，死亡率位居四大非传染性疾病之首。现有的心脑血管疾病治疗方式主要是介入手术治疗。为了避免医生在介入手术过程受到辐射伤害，使用介入手术机器人辅助医生完成介入手术已成为国内外研究的热点。
为解决血管介入手术过程中的医生健康及手术安全问题，国内外企业、高校等机构纷纷致力于血管介入手术机器人研究，主要涉及机构设计、主从控制、力反馈、手术导航、安全策略等技术。比较成熟的机器人包括
X、MagellanTM、AmigoTM、NiobeTM等。
以美国Corindus Vascular Robotics公司在2004年研发出的
200血管介入手术机器人系统为例。该系统为远程控制系统，由医生控制台(主端)和从端操作器组成。医生控制台具有防辐射功能，其包括触摸屏和控制杆，医生通过操作触摸屏和控制杆来实现对从端操作器的控制。从端操作器能够通过三自由度的机械臂来进行位姿调节，实现导管与血管入口相对位置的调节。该机器人系统利用被动导管(常规导管)来实施血管介入手术。从端操作器利用摩擦轮驱动的方式，来完成对常规导管的夹持，并能够实现直线运动和旋转运动两个自由度的控制。同时，该机器人系统为开放式设置，医生能够根据手术的操作需要来选择不同类型的被动导管进行手术。该机器人系统能够完成对经皮冠状动脉介入治疗导管的控制，同时能够实现对支架和球囊导管的推送。在通过临床实验验证后，其完成了美国食品药品监督管理局(FDA)注册。Corindus Vascular Robotics公司一直致力于产品的改进，并将机器人系统升级为
GRX系统。但该系统仍存在不足，例如机器人只能使用特殊的导管(导管头端通过电机等机构驱动，能够实现一定程度的弯曲旋转)进行手术操作，也无法操作导丝进行手术。
在成熟的商业产品之外，国内外的高校在介入手术机器人这一领域也进行了相关研究。最新的相关研究包括：中国科学院深圳先进技术研究院王磊研究员团队在2018年设计了一种新型血管介入手术机器人系统，该机器人系统能够利用直线推动装置和旋转驱动装置来实现手术过程中导管的推送和旋转；同时，该团队提出了一种用于心血管通路间隙补偿的自适应系统，该自适应系统由神经模糊模块组成，模块能够根据误差力控制模型中计算的接触力和运动信号来对血管通路间隙进行预测，通过血管模型实验验证了该方法的可行性，其能够有效减少心血管通路中的侧隙。上海交通大学王坤东副教授等人于2018年研制出了一种血管介入手术机器人，该血管介入手术机器人由四个机械手组成，用来模拟医生和助手共四个手的操作，机械手设置在横梁上，并通过绳索驱动来控制，每个机械手有三个自由度，可实现推送、旋转和夹持，机器人通过控制面板的操作摇杆能够实现对机械手的控制，然而该血管介入手术机器人由于控制面板采用操作摇杆来实现控制，缺乏手术操作力反馈功能。
具体地，现有技术中的介入手术机器人主端控制器主要存在以下问题：
(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，使介入手术机器人不能完全模拟医生的操作动作，并且在一些需要导丝和导管同时配合前进的部位难以协同操作，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等问题；
(2)也有一些研究机构采用的主端控制器是成熟的力反馈系统(通过触摸屏和控制杆操作)，但这些力反馈系统未根据医生操作习惯设计主端控制装置，且现有技术中手术机器人使用的是商业化的力交互设备(
TouchTM X,3D Systems,Inc.,US)，该设备能够读取控制杆的三维操作数据，同时能够为操作者提供力反馈，但该装置过于昂贵，在机器人产品转化阶段会存在造价过于昂贵等问题；
(3)现有的主端控制器在力反馈方面只单纯将从介入手术机器人端(介入手术从端)检测到的力反馈给主端控制器，但主端控制器不能对反馈力的大小进行检测，无法保证施加在操作者手上的力大小与从端检测的力一致；
(4)现有技术中所使用的主端控制器操作行程过短，需要反复后撤，导致医生无法发挥自身的手术操作技巧，需要设计新的主端控制器，在实现机器人控制的同时，能够让医生充分发挥操作技巧。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种介入手术机器人的主端控制器，能够将从端的介入手术机器人的操作实时反馈给主端，且能够实现导管和导丝的协同操作，同时，操作行程长度实时可控，造价低，有利于辅助医生在手术室外进行介入手术操作，易于实现高精度要求下介入手术机器人的远程控制。
本发明的技术方案为：一种介入手术机器人的主端控制器，包括：支撑与张紧机构，主梁，主滑轨，两个主端操作装置，两个测力支撑基座和两个直线检测机构；每个测力支撑基座包括：控制器支撑座、支撑座滑轨、测力传感器和传感器固定基座；支撑座滑轨包括相互滑动配合的滑块和滑轨；
所述主滑轨固定在主梁上，直线检测机构和支撑与张紧机构固定在主梁的纵向两端，两个直线检测机构相互平行设置在主梁的同一端，令直线检测机构所在端为前端，支撑与张紧机构所在端为后端；直线检测机构和支撑与张紧机构之间设置两个同步带，形成两个同步带传送机构；
每个同步带上对应固定一个测力支撑基座，每个测力支撑基座滑动配合卡套在所述主滑轨上，每个所述测力支撑基座上安装有主端操作装置，导管和导丝一端均支撑在支撑与张紧机构上，导管的另一端支撑在一个主端操作装置上并通过该主端操作装置控制其前后移动和旋转运动，导丝的另一端支撑在另一个主端操作装置上并通过该主端操作装置控制其前后移动和旋转运动，导管同轴套装在导丝上，且控制导丝的主端操作装置位于控制导管的主端操作装置之前；测力传感器两端分别固定在控制器支撑座和传感器固定基座上，控制器支撑座固定在滑块上，传感器固定基座固定在滑轨上；
当主端操作装置沿所述主滑轨直线运动时，带动对应的所述测力支撑基座沿所述主滑轨滑动，同步带随所述测力支撑基座在主滑轨上滑动，带动对应的直线检测机构转动并检测和记录对应的主端操作装置直线运动的位移；
当介入手术机器人端检测到其上的导管和/或导丝直线运动的驱动力时，将驱动力的大小F1传输给外部控制单元，外部控制单元控制对应的所述直线检测机构堵转并产生堵转力矩，从而通过同步带转化为操作者操作的直线阻力，其中，直线阻力的大小为F2；
当传感器固定基座相对控制器支撑座发生位移时，测力传感器检测到控制器支撑座及其上安装的主端操作装置沿主滑轨直线运动的驱动力并传输给外部控制单元，外部控制单元对比该驱动力的大小F3和介入手术机器人端检测到直线运动的驱动力的大小F1是否相等，当F3和F1不相等时，外部控制单元控制调节直线检测机构的堵转力矩，直至F3和F1相等。
优选地，所述支撑与张紧机构包括：导管支撑座，同步带轴承B，同步带轴承C，同步带固定座C，同步带固定座D，导管支撑座支架，导管支撑座连接角，张紧机构基座，定位套筒C，定位套筒D，同步带轮B，同步带轴和主梁连接角B；
所述张紧机构基座通过主梁连接角B固定在主梁上，两个同步带轮B通过键连接同轴固定在同步带轴上，两个同步带轮B关于主梁左右对称，每个同步带轮B的两侧均设置定位套筒C和定位套筒D，定位套筒C和定位套筒D同轴套装在同步带轴上，用于从同步带轮B的两侧对其轴向限位；同步带固定座C和同步带固定座D设置在主梁的横向两侧，且其上分别开设一个通孔，两个通孔同轴，同步带轴两端分别通过同步带轴承B和同步带轴承C支撑在同步带固定座C和同步带固定座D的通孔中；同步带固定座C和同步带固定座D均固定在张紧机构基座上，通过前后微调同步带固定座C和同步带固定座D的固定位置以调节支撑与张紧机构和直线检测机构之间的距离，进而调节安装在支撑与张紧机构和直线检测机构上的同步带的张紧程度；导管支撑座连接角的一端固定在张紧机构基座上，导管支撑座连接角的另一端、导管支撑座支架和导管支撑座从下往上依次固定，导管支撑座上端用于支撑导管和导丝。
优选地，所述支撑与张紧机构还包括：孔用挡圈B，孔用挡圈C，所述同步带固定座C和同步带固定座D的通孔中分别开设卡槽，二者的卡槽中分别安装有孔用挡圈B和孔用挡圈C，用于对同步带轴进行轴向限位。
优选地，所述张紧机构基座上用于固定同步带固定座C和同步带固定座D的孔为腰形孔，同步带固定座C和同步带固定座D能够在腰形孔中沿前后方向微调。
优选地，每个所述直线检测机构包括：同步带轴承A，同步带固定座A，同步带固定座B，定位套筒A，定位套筒B，同步带轮A，电机联轴器，电机支座，驱动电机，电机驱动轴和驱动机构基座；
每个所述驱动机构基座沿主梁的横向固定在主梁上，两个驱动电机相互平行设置；每个驱动电机固定在驱动机构基座上，驱动电机的电机轴穿过电机支座上设置的通孔通过电机联轴器与电机驱动轴同轴连接，同步带轮A同轴固定在电机驱动轴上，定位套筒A和定位套筒B同轴套装在电机驱动轴上且位于同步带轮A的两侧，用于对同步带轮A进行轴向限位，电机驱动轴两端通过同步带轴承A和同步带轴承D支撑在同步带固定座A和同步带固定座B上设置的通孔中；同步带固定座A和同步带固定座B均固定在驱动机构基座上。
优选地，还包括：孔用挡圈A和孔用挡圈D；所述同步带固定座A和同步带固定座B的通孔中分别设置卡槽，孔用挡圈A和孔用挡圈D分别安装在同步带固定座A和同步带固定座B的通孔的卡槽中，用于分别对同步带轴承A和同步带轴承D进行轴向限位。
优选地，所述测力支撑基座还包括：传感器后盖板和传感器前盖板，所述传感器前盖板固定在传感器固定基座上，传感器后盖板固定在控制器支撑座上，传感器前盖板的上端面开设凹槽A，传感器后盖板的下断面开设凹槽B，测力传感器前端和后端分别固定在传感器前盖板的凹槽A和传感器后盖板的凹槽B中。
优选地，所述测力支撑基座还包括：直线运动滑轨，所述直线运动滑轨一端与传感器固定基座固定，另一端与主滑轨滑动配合。
优选地，所述支撑座滑轨包括：支撑座滑轨A和支撑座滑轨B，所述支撑座滑轨A和支撑座滑轨B分别对称位于测力传感器的左侧和右侧，二者结构和形状一致，用于保证所述传感器固定基座相对控制器支撑座运动的平衡稳定。
优选地，所述测力支撑基座还包括：同步带皮带扣A，同步带皮带扣B和皮带扣紧固螺栓，所述同步带皮带扣A一端固定在传感器固定基座上，同步带皮带扣A和同步带皮带扣B通过皮带扣紧固紧螺栓固定，用于夹持同步带，其中，两个所述测力支撑基座上的同步带皮带扣A开口相背，分别朝向主梁的左右两侧。
有益效果：
(1)相比现有技术中的主端控制器(造价昂贵的商业化力反馈装置)，本发明提出了另一种主端控制器，能够在手术过程中实现导管和导丝的协同推送；通过该装置将从端的介入手术机器人的操作反馈给主端控制器，主端的操作人员能够实时感受从端的操作，通过主端控制器远程操作介入手术机器人，能够辅助医生在手术室外进行介入手术操作，易于实现高精度要求下介入手术机器人的远程控制。
(2)本发明的主端控制器能够完成导管和导丝的操作动作检测以及产生直线操作力反馈和旋转扭矩力反馈，医生能够通过操作该主端控制器远程控制从端的介入手术机器人完成微创介入手术，提高手术操作的精度与稳定性，避免医生受射线影响，提升远程手术安全性。
附图说明
图1为本发明远程操作装置的整体结构示意图。
图2为图1的三视图，(a)主视图，(b)左视图，(c)俯视图。
图3为图1的局部拆分示意图。
图4为本发明中测力支撑基座的结构图。
图5为图4的爆炸图。
图6为本发明中直线检测机构的结构图。
图7为图6的爆炸图。
图8为本发明中支撑与张紧机构的结构图。
图9为图8的爆炸图。
其中，1、旋转检测机构，2、扭矩反馈机构，3、测力支撑基座，4、直线检测机构，5、支撑与张紧机构，6、主梁，7、主滑轨；
3-1、控制器支撑座，3-2、传感器后盖板，3-3a、支撑座滑轨A，3-3b、支撑座滑轨B，3-4a、同步带皮带扣A，3-4b、同步带皮带扣B，3-5、测力传感器，3-6、传感器前盖板，3-7、传感器固定基座，3-8、直线运动滑轨，3-9、皮带扣紧固螺栓；
4-1、同步带轴承A，4-2、孔用挡圈A，4-3a、同步带固定座A，4-3b、同步带固定座B，4-4a、定位套筒A，4-4b、定位套筒B，4-5、同步带轮A，4-6、电机联轴器，4-7、电机支座，4-8、驱动电机，4-9、电机驱动轴，4-10、驱动机构基座，4-11、主梁连接角A；
5-1、导管支撑座，5-2a、孔用挡圈B，5-2b、孔用挡圈C，5-3a、同步带轴承B，5-3b、同步带轴承C，5-4a、同步带固定座C，5-4b、同步带固定座D，5-5、导管支撑座支架，5-6、导管支撑座连接角，5-7、张紧机构基座，5-8a、定位套筒C，5-8b、定位套筒D，5-9、同步带轮B，5-10、同步带轴，5-11、主梁连接角B。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供了一种介入手术机器人的主端控制器，能够将从端的介入手术机器人的操作实时反馈给主端，且能够实现导管和导丝的协同操作，同时，操作行程长度实时可控，造价低，有利于辅助医生在手术室外进行介入手术操作，易于实现高精度要求下介入手术机器人的远程控制。
如图1-3所示，该主端控制器包括：主梁6、主滑轨7、导丝操作机构和导管操作机构；其中导丝操作机构和导管操作机构均结构相同，均包括：旋转检测机构1，扭矩反馈机构2，测力支撑基座3，直线检测机构4，支撑与张紧机构5；
如图4-5所示，测力支撑基座3包括：控制器支撑座3-1，传感器后盖板3-2，支撑座滑轨A3-3a，支撑座滑轨B3-3b，同步带皮带扣A3-4a，同步带皮带扣B3-4b，测力传感器3-5，传感器前盖板3-6，传感器固定基座3-7，直线运动滑轨3-8和皮带扣紧固螺栓3-9；
如图6-7所示，直线检测机构4包括：同步带轴承A4-1，孔用挡圈A4-2，同步带固定座A4-3a，同步带固定座B4-3b，定位套筒A4-4a，定位套筒B4-4b，同步带轮A4-5，电机联轴器4-6，电机支座4-7，驱动电机4-8，电机驱动轴4-9，驱动机构基座4-10和主梁连接角A4-11；
如图8-9所示，支撑与张紧机构5包括：导管支撑座5-1，孔用挡圈B5-2a，孔用挡圈C5-2b，同步带轴承B5-3a，同步带轴承C5-3b，同步带固定座C5-4a，同步带固定座D5-4b，导管支撑座支架5-5，导管支撑座连接角5-6，张紧机构基座5-7，定位套筒C5-8a，定位套筒D5-8b，同步带轮B5-9，同步带轴5-10和主梁连接角B5-11；
该远程操作装置的整体连接关系为：主滑轨7固定在主梁6上，直线检测机构4和支撑与张紧机构5固定在主梁6的纵向两端，且两个直线检测机构4共用一个底座，两个支撑与张紧机构5共用一个底座；
每个直线检测机构4和与之对应的支撑与张紧机构5之间设置一个同步带，两个同步带关于主梁6左右对称；令直线检测机构4所在端为该主端控制器的前端，支撑与张紧机构5所在端为该主端控制器的后端，主梁6横向两侧分别为该远程操作装置的左侧和右侧，则该远程操作装置的上端和下端唯一确定；
张紧机构基座5-7通过主梁连接角B5-11固定在主梁6上，两个同步带轮B5-9分别通过键连接同轴固定在同步带轴5-10上，两个同步带轮B5-9关于主梁6左右对称，每个同步带轮B5-9的两侧均设置定位套筒C5-8a和定位套筒D5-8b，定位套筒C5-8a和定位套筒D5-8b同轴套装在同步带轴5-10上，用于从同步带轮B5-9的两侧对其轴向限位；同步带固定座C5-4a和同步带固定座D5-4b设置在主梁6的横向两侧，且其上分别开设一个通孔，两个通孔同轴，同步带轴5-10两端分别通过同步带轴承B5-3a和同步带轴承C5-3b支撑在同步带固定座C5-4a和同步带固定座D5-4b的通孔中，同步带固定座C5-4a和同步带固定座D5-4b的通孔中分别开设卡槽，二者的卡槽中分别安装有孔用挡圈B5-2a和孔用挡圈C5-2b，用于对同步带轴5-10进行轴向限位；同步带固定座C5-4a和同步带固定座D5-4b均固定在张紧机构基座5-7上，通过前后微调同步带固定座C5-4a和同步带固定座D5-4b的固定位置以调节支撑与张紧机构5和直线检测机构4之间的距离，进而调节安装在支撑与张紧机构5和直线检测机构4上的两个同步带的张紧程度(张紧机构基座5-7上用于固定同步带固定座C5-4a和同步带固定座D5-4b的孔为腰形孔，同步带固定座C5-4a和同步带固定座D5-4b在腰形孔中沿前后方向可以微调)；导管支撑座连接角5-6的一端固定在张紧机构基座5-7上，导管支撑座连接角5-6的另一端、导管支撑座支架5-5和导管支撑座5-1从下往上依次固定，导管支撑座5-1上端用于支撑导管和导丝的一端；
驱动机构基座4-10通过主梁连接角4-11固定在主梁6上，两个驱动电机4-8相互平行设置；每个驱动电机4-8通过电机支座4-7固定在驱动机构基座4-10上，驱动电机4-8的电机轴沿主梁6的横向，驱动电机4-8的电机轴穿过电机支座4-7上设置的通孔通过联轴器4-6与电机驱动轴4-9同轴连接，同步带轮4-5通过键连接同轴固定在电机驱动轴4-9上，定位套筒A4-4a和定位套筒B4-4b同轴套装在电机驱动轴4-9上且位于同步带轮4-5的两侧，用于对同步带轮4-5进行轴向限位，电机驱动轴4-9两端通过同步带轴承A4-1和同步带轴承D支撑在同步带固定座A4-3a和同步带固定座B4-3b上设置的通孔中，同步带固定座A4-3a和同步带固定座B4-3b的通孔中分别设置卡槽，孔用挡圈A4-2和孔用挡圈D分别安装在同步带固定座A4-3a和同步带固定座B4-3b的通孔的卡槽中，用于分别对同步带轴承A4-1和同步带轴承D进行轴向限位；同步带固定座A4-3a和同步带固定座B4-3b均固定在驱动机构基座4-10上；因此，当同步带带动同步带轮A4-5转动时，会带动驱动电机4-8转动，从而使驱动电机4-8的编码器产生脉冲信号；
旋转检测机构1和扭矩反馈机构2连接为一体，作为主端操作装置，两个主端操作装置分别通过测力支撑基座3与主梁6两侧的同步带固定，并随同步带运动而运动；导管的一端支撑在支撑与张紧机构5上，另一端支撑在一个主端操作装置上并通过该主端操作装置控制其前后移动和旋转运动，导丝的一端支撑在支撑与张紧机构5上，另一端支撑在另一个主端操作装置上并通过该主端操作装置控制其前后移动和旋转运动，导管同轴套装在导丝上；
通过记录编码器的脉冲信号即可实现主端操作装置直线运动的位移检测和记录；另一方面，当介入手术机器人端(介入手术的从端)检测到其上的导管和/或导丝直线运动的驱动力时，会将驱动力的大小F1传输给外部控制单元，外部控制单元控制对应的驱动电机4-8进行堵转，驱动电机4-8的电机轴产生克服驱动力的大小F1所对应的堵转力矩，进而能够带动同步带轮4-5产生扭矩，从而通过同步带转化为操作者操作的直线阻力(阻力的大小为F2，F2和F1大小相同)，实现从端直线操作时将直线操作力反馈给操作主端控制器的操作者；
理论上，每个同步带轮4-5产生的扭矩通过同步带转化为操作者操作的直线阻力的大小F2等于介入机器人从端检测到直线运动的力的大小F1，但在从F1转换到F2的过程中可能会导致F1不等于F2，因此，每个同步带上设置一个以上测力支撑基座3，具体地：每个测力支撑基座3通过直线运动滑轨3-8卡套在主滑轨7的上端，其与主滑轨7滑动配合；控制器支撑座3-1上端面固定有主端操作装置；传感器固定基座3-7固定在直线运动滑轨3-8上，同步带皮带扣A3-4a一端固定在传感器固定基座3-7上，另一端和同步带皮带扣B3-4b通过皮带扣固紧螺栓3-9固定，用于夹持同步带，其中，两个同步带皮带扣A3-4a开口相背，分别朝向主梁6的左右两侧；因此，当任意一侧的同步带运动时，对应侧的直线运动滑轨3-8会随之在主滑轨7上滑动；传感器前盖板3-6固定在传感器固定基座3-7上，传感器后盖板3-2固定在控制器支撑座3-1上，传感器前盖板3-6的上端面开设凹槽A，传感器后盖板3-2的下断面开设凹槽B，测力传感器3-5前端和后端分别通过螺丝或螺杆固定在传感器前盖板3-6的凹槽A和传感器后盖板3-2的凹槽B中；支撑座滑轨A3-3a和支撑座滑轨B3-3b分别对称位于测力传感器3-5的左侧和右侧(用于保证传感器固定基座3-7相对控制器支撑座3-1运动的平衡稳定)，二者结构和形状一致，均包括滑块和滑轨，滑块卡套在滑轨上实现二者的滑动配合，控制器支撑座3-1与两个滑块的上表面固定连接，两个滑轨的下表面固定在传感器固定基座3-7上；因此，当控制器支撑座3-1相对传感器固定基座3-7发生位移时，测力传感器3-5即可检测到控制器支撑座3-1及其上安装的主端操作装置沿主滑轨7直线运动的驱动力(其数值大小F3等于操作者操作的直线阻力的大小F2)并传输给外部控制单元，外部控制单元对比力F3和力F1是否相等，当力F3和力F1不相等时，外部控制单元控制对应的驱动电机4-8调节其堵转力矩，直至力F3和力F1相等(此时，可确保操作者操作方向的直线阻力的大小F2等于介入机器人从端检测到直线运动的驱动力的大小F1)，以确保反馈的精确性。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种介入手术机器人的主端控制器，其特征在于，包括：支撑与张紧机构(5)，主梁(6)，主滑轨(7)，两个主端操作装置，两个测力支撑基座(3)和两个直线检测机构(4)；每个测力支撑基座(3)包括：控制器支撑座(3-1)、支撑座滑轨、测力传感器(3-5)和传感器固定基座(3-7)；支撑座滑轨包括相互滑动配合的滑块和滑轨；
所述主滑轨(7)固定在主梁(6)上，直线检测机构(4)和支撑与张紧机构(5)固定在主梁(6)的纵向两端，两个直线检测机构(4)相互平行设置在主梁(6)的同一端，令直线检测机构(4)所在端为前端，支撑与张紧机构(5)所在端为后端；直线检测机构(4)和支撑与张紧机构(5)之间设置两个同步带，形成两个同步带传送机构；
每个同步带上对应固定一个测力支撑基座(3)，每个测力支撑基座(3)滑动配合卡套在所述主滑轨(7)上，每个所述测力支撑基座(3)上安装有主端操作装置，导管和导丝一端均支撑在支撑与张紧机构(5)上，导管的另一端支撑在一个主端操作装置上并通过该主端操作装置控制其前后移动和旋转运动，导丝的另一端支撑在另一个主端操作装置上并通过该主端操作装置控制其前后移动和旋转运动，导管同轴套装在导丝上，且控制导丝的主端操作装置位于控制导管的主端操作装置之前；测力传感器(3-5)两端分别固定在控制器支撑座(3-1)和传感器固定基座(3-7)上，控制器支撑座(3-1)固定在滑块上，传感器固定基座(3-7)固定在滑轨上；
当主端操作装置沿所述主滑轨(7)直线运动时，带动对应的所述测力支撑基座(3)沿所述主滑轨(7)滑动，同步带随所述测力支撑基座(3)在主滑轨(7)上滑动，带动对应的直线检测机构(4)转动并检测和记录对应的主端操作装置直线运动的位移；
当介入手术机器人端检测到其上的导管和/或导丝直线运动的驱动力时，将驱动力的大小F1传输给外部控制单元，外部控制单元控制对应的所述直线检测机构(4)堵转并产生堵转力矩，从而通过同步带转化为操作者操作的直线阻力，其中，直线阻力的大小为F2；
当传感器固定基座(3-7)相对控制器支撑座(3-1)发生位移时，测力传感器(3-5)检测到控制器支撑座(3-1)及其上安装的主端操作装置沿主滑轨(7)直线运动的驱动力并传输给外部控制单元，外部控制单元对比该驱动力的大小F3和介入手术机器人端检测到直线运动的驱动力的大小F1是否相等，当F3和F1不相等时，外部控制单元控制调节直线检测机构(4)的堵转力矩，直至F3和F1相等。
2.如权利要求1所述的介入手术机器人的远程操作装置，其特征在于，所述支撑与张紧机构(5)包括：导管支撑座(5-1)，同步带轴承B(5-3a)，同步带轴承C(5-3b)，同步带固定座C(5-4a)，同步带固定座D(5-4b)，导管支撑座支架(5-5)，导管支撑座连接角(5-6)，张紧机构基座(5-7)，定位套筒C(5-8a)，定位套筒D(5-8b)，同步带轮B(5-9)，同步带轴(5-10)和主梁连接角B(5-11)；
所述张紧机构基座(5-7)通过主梁连接角B(5-11)固定在主梁(6)上，两个同步带轮B(5-9)通过键连接同轴固定在同步带轴(5-10)上，两个同步带轮B(5-9)关于主梁(6)左右对称，每个同步带轮B(5-9)的两侧均设置定位套筒C(5-8a)和定位套筒D(5-8b)，定位套筒C(5-8a)和定位套筒D(5-8b)同轴套装在同步带轴(5-10)上，用于从同步带轮B(5-9)的两侧对其轴向限位；同步带固定座C(5-4a)和同步带固定座D(5-4b)设置在主梁(6)的横向两侧，且其上分别开设一个通孔，两个通孔同轴，同步带轴(5-10)两端分别通过同步带轴承B(5-3a)和同步带轴承C(5-3b)支撑在同步带固定座C(5-4a)和同步带固定座D(5-4b)的通孔中；同步带固定座C(5-4a)和同步带固定座D(5-4b)均固定在张紧机构基座(5-7)上，通过前后微调同步带固定座C(5-4a)和同步带固定座D(5-4b)的固定位置以调节支撑与张紧机构(5)和直线检测机构(4)之间的距离，进而调节安装在支撑与张紧机构(5)和直线检测机构(4)上的同步带的张紧程度；导管支撑座连接角(5-6)的一端固定在张紧机构基座(5-7)上，导管支撑座连接角(5-6)的另一端、导管支撑座支架(5-5)和导管支撑座(5-1)从下往上依次固定，导管支撑座(5-1)上端用于支撑导管和导丝。
3.如权利要求2所述的介入手术机器人的远程操作装置，其特征在于，所述支撑与张紧机构(5)还包括：孔用挡圈B(5-2a)，孔用挡圈C(5-2b)，所述同步带固定座C(5-4a)和同步带固定座D(5-4b)的通孔中分别开设卡槽，二者的卡槽中分别安装有孔用挡圈B(5-2a)和孔用挡圈C(5-2b)，用于对同步带轴(5-10)进行轴向限位。
4.如权利要求2或3所述的介入手术机器人的远程操作装置，其特征在于，所述张紧机构基座(5-7)上用于固定同步带固定座C(5-4a)和同步带固定座D(5-4b)的孔为腰形孔，同步带固定座C(5-4a)和同步带固定座D(5-4b)能够在腰形孔中沿前后方向微调。
5.如权利要求1所述的介入手术机器人的远程操作装置，其特征在于，每个所述直线检测机构(4)包括：同步带轴承A(4-1)，同步带固定座A(4-3a)，同步带固定座B(4-3b)，定位套筒A(4-4a)，定位套筒B(4-4b)，同步带轮A(4-5)，电机联轴器(4-6)，电机支座(4-7)，驱动电机(4-8)，电机驱动轴(4-9)和驱动机构基座(4-10)；
每个所述驱动机构基座(4-10)沿主梁(6)的横向固定在主梁(6)上，两个驱动电机(4-8)相互平行设置；每个驱动电机(4-8)固定在驱动机构基座(4-10)上，驱动电机(4-8)的电机轴穿过电机支座(4-7)上设置的通孔通过电机联轴器(4-6)与电机驱动轴(4-9)同轴连接，同步带轮A(4-5)同轴固定在电机驱动轴(4-9)上，定位套筒A(4-4a)和定位套筒B(4-4b)同轴套装在电机驱动轴(4-9)上且位于同步带轮A(4-5)的两侧，用于对同步带轮A(4-5)进行轴向限位，电机驱动轴(4-9)两端通过同步带轴承A(4-1)和同步带轴承D支撑在同步带固定座A(4-3a)和同步带固定座B(4-3b)上设置的通孔中；同步带固定座A(4-3a)和同步带固定座B(4-3b)均固定在驱动机构基座(4-10)上。
6.如权利要求5所述的介入手术机器人的远程操作装置，其特征在于，还包括：孔用挡圈A(4-2)和孔用挡圈D；所述同步带固定座A(4-3a)和同步带固定座B(4-3b)的通孔中分别设置卡槽，孔用挡圈A(4-2)和孔用挡圈D分别安装在同步带固定座A(4-3a)和同步带固定座B(4-3b)的通孔的卡槽中，用于分别对同步带轴承A(4-1)和同步带轴承D进行轴向限位。
7.如权利要求1所述的介入手术机器人的远程操作装置，其特征在于，所述测力支撑基座(3)还包括：传感器后盖板(3-2)和传感器前盖板(3-6)，所述传感器前盖板(3-6)固定在传感器固定基座(3-7)上，传感器后盖板(3-2)固定在控制器支撑座(3-1)上，传感器前盖板(3-6)的上端面开设凹槽A，传感器后盖板(3-2)的下断面开设凹槽B，测力传感器(3-5)前端和后端分别固定在传感器前盖板(3-6)的凹槽A和传感器后盖板(3-2)的凹槽B中。
8.如权利要求1或7所述的介入手术机器人的远程操作装置，其特征在于，所述测力支撑基座(3)还包括：直线运动滑轨(3-8)，所述直线运动滑轨(3-8)一端与传感器固定基座(3-7)固定，另一端与主滑轨(7)滑动配合。
9.如权利要求1或7所述的介入手术机器人的远程操作装置，其特征在于，所述支撑座滑轨包括：支撑座滑轨A(3-3a)和支撑座滑轨B(3-3b)，所述支撑座滑轨A(3-3a)和支撑座滑轨B(3-3b)分别对称位于测力传感器(3-5)的左侧和右侧，二者结构和形状一致，用于保证所述传感器固定基座(3-7)相对控制器支撑座(3-1)运动的平衡稳定。
10.如权利要求1或7所述的介入手术机器人的远程操作装置，其特征在于，所述测力支撑基座(3)还包括：同步带皮带扣A(3-4a)，同步带皮带扣B(3-4b)和皮带扣紧固螺栓(3-9)，所述同步带皮带扣A(3-4a)一端固定在传感器固定基座(3-7)上，同步带皮带扣A(3-4a)和同步带皮带扣B(3-4b)通过皮带扣紧固紧螺栓(3-9)固定，用于夹持同步带，其中，两个所述测力支撑基座(3)上的同步带皮带扣A(3-4a)开口相背，分别朝向主梁(6)的左右两侧。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114177480A (zh) * | 2021-08-19 | 2022-03-15 | 深圳高性能医疗器械国家研究院有限公司 | 适用于血管介入手术的导丝导管同轴驱动设备及控制方法 |
| CN114442490A (zh) * | 2022-04-07 | 2022-05-06 | 杭州柳叶刀机器人有限公司 | 基于自适应力反馈的血管介入机器人系统主端控制方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005039835A1 (en) * | 2003-10-24 | 2005-05-06 | The University Of Western Ontario | Force reflective robotic control system and minimally invasive surgical device |
| US20070043338A1 (en) * | 2004-03-05 | 2007-02-22 | Hansen Medical, Inc | Robotic catheter system and methods |
| CN103006327A (zh) * | 2012-12-03 | 2013-04-03 | 北京航空航天大学 | 一种主从式遥操作血管介入手术机器人 |
| WO2016204437A1 (ko) * | 2015-06-16 | 2016-12-22 | 한양대학교에리카산학협력단 | 혈관중재시술로봇 및 혈관중재시술시스템 |
| CN107307909A (zh) * | 2017-07-06 | 2017-11-03 | 北京理工大学 | 一种介入机器人远程操作系统及其控制方法 |
| CN108888848A (zh) * | 2018-04-13 | 2018-11-27 | 上海交通大学 | 一种微细丝管精密介入操作的机器人机械系统 |
| CN109730779A (zh) * | 2019-03-07 | 2019-05-10 | 天津理工大学 | 一种血管介入手术机器人导管导丝协同控制系统及方法 |
| CN208989133U (zh) * | 2017-08-30 | 2019-06-18 | 首都医科大学附属北京天坛医院 | 一种机器人操作平台 |
| CN212089720U (zh) * | 2020-01-20 | 2020-12-08 | 北京理工大学 | 一种介入手术机器人的主端控制器 |
-
2020
- 2020-01-20 CN CN202010066127.9A patent/CN111110353B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005039835A1 (en) * | 2003-10-24 | 2005-05-06 | The University Of Western Ontario | Force reflective robotic control system and minimally invasive surgical device |
| US20070043338A1 (en) * | 2004-03-05 | 2007-02-22 | Hansen Medical, Inc | Robotic catheter system and methods |
| CN103006327A (zh) * | 2012-12-03 | 2013-04-03 | 北京航空航天大学 | 一种主从式遥操作血管介入手术机器人 |
| WO2016204437A1 (ko) * | 2015-06-16 | 2016-12-22 | 한양대학교에리카산학협력단 | 혈관중재시술로봇 및 혈관중재시술시스템 |
| CN107307909A (zh) * | 2017-07-06 | 2017-11-03 | 北京理工大学 | 一种介入机器人远程操作系统及其控制方法 |
| CN208989133U (zh) * | 2017-08-30 | 2019-06-18 | 首都医科大学附属北京天坛医院 | 一种机器人操作平台 |
| CN108888848A (zh) * | 2018-04-13 | 2018-11-27 | 上海交通大学 | 一种微细丝管精密介入操作的机器人机械系统 |
| CN109730779A (zh) * | 2019-03-07 | 2019-05-10 | 天津理工大学 | 一种血管介入手术机器人导管导丝协同控制系统及方法 |
| CN212089720U (zh) * | 2020-01-20 | 2020-12-08 | 北京理工大学 | 一种介入手术机器人的主端控制器 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114177480A (zh) * | 2021-08-19 | 2022-03-15 | 深圳高性能医疗器械国家研究院有限公司 | 适用于血管介入手术的导丝导管同轴驱动设备及控制方法 |
| CN114177480B (zh) * | 2021-08-19 | 2024-01-30 | 深圳高性能医疗器械国家研究院有限公司 | 适用于血管介入手术的导丝导管同轴驱动设备及控制方法 |
| CN114442490A (zh) * | 2022-04-07 | 2022-05-06 | 杭州柳叶刀机器人有限公司 | 基于自适应力反馈的血管介入机器人系统主端控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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Effective date of registration: 20220215 Address after: 518112 801-806, building 12, China Hisense innovation industry city, No. 12, Ganli Sixth Road, gankeng community, Jihua street, Longgang District, Shenzhen, Guangdong Province Applicant after: Shenzhen Aibo medical robot Co.,Ltd. Address before: 518000 runheng building 2515, 2008 CaiTian Road, Fushan community, Futian street, Futian District, Shenzhen City, Guangdong Province Applicant before: Shenzhen Investment rongmai Network Technology Co.,Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 518112 801-806, building 12, China Hisense innovation industry city, No. 12, Ganli Sixth Road, gankeng community, Jihua street, Longgang District, Shenzhen, Guangdong Province Applicant after: Shenzhen Aibo Hechuang Medical Robot Co.,Ltd. Address before: 518112 801-806, building 12, China Hisense innovation industry city, No. 12, Ganli Sixth Road, gankeng community, Jihua street, Longgang District, Shenzhen, Guangdong Province Applicant before: Shenzhen Aibo medical robot Co.,Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
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