CN111528938B - 一种导管机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微创介入手术技术领域，更具体地，涉及一种导管机器人系统，包括底座机构，所述底座机构上设有机架；所述机架上可拆卸连接有用于调整导管进给量的第一可调夹持机构，以及活动连接有用于调整导管进给量的第二可调夹持机构，所述第一可调夹持机构位于所述第二可调夹持机构的上方；所述机架上还可拆卸连接有用于调整导管出射角度的角度调整机构。本发明体积紧凑且便于拆装，使系统更加轻量化和模块化；能够适用于多种不同规格的导管，提高普适性；还能够降低医生在手术操作中的难度，提高手术的安全性能和效率。

Description

一种导管机器人系统

技术领域

本发明涉及微创介入手术技术领域，更具体地，涉及一种导管机器人系统。

背景技术

微创介入手术疗法是近年来心脑血管等疾病治疗方法的主要研究方向和发展趋势，其具有定位准确、手术开口小、疗效高、见效快等优势，已经成为主要的临床治疗方法之一。

传统的介入手术治疗需要医生在X射线等辐射的影像学方法引导的环境下，穿戴防护服，以物理接触的方式操作导丝和导管等介入器械，使之从病人的股动脉(或桡动脉)经皮穿刺体表血管后沿血管递送至狭窄的冠状动脉病变部位，并通过特定的心血管导管操作技术进行诊断和治疗。目前已有CorPath导管机器人系统和Magellan导管系统用以辅助医生完成介入手术的治疗，但这些系统体积大、结构复杂、成本高，且只有部分导管适用，不具有普适性；同时这些系统装配复杂，不利于进行消毒处理。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的系统普适性较低的不足，提供一种导管机器人系统，体积紧凑且便于拆装，使系统更加轻量化和模块化；能够适用于多种不同规格的导管，提高普适性；还能够降低医生在手术操作中的难度，提高手术的安全性能和效率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种导管机器人系统，包括底座机构，所述底座机构上设有机架；所述机架上可拆卸连接有用于调整导管进给量的第一可调夹持机构，以及活动连接有用于调整导管进给量的第二可调夹持机构，所述第一可调夹持机构位于所述第二可调夹持机构的上方；所述机架上还可拆卸连接有用于调整导管出射角度的角度调整机构。

本发明为一种导管机器人系统，第一可调夹持机构和第二可调夹持机构用于夹持导管，通过其可调的设置，使导管机器人系统能够适用于多种不同规格的导管；第二可调夹持机构的活动连接的设置，使导管能够随着第二可调夹持机构的活动而活动，实现对导管进给量的调整；角度调整机构用于调整导管的出射角度，从而控制导管进入人体的角度，降低医生在手术操作中的难度；第一可调夹持机构可拆卸连接的设置，以及通过机架搭接各个机构的设置，使若干机构能够单独分离，便于组装。

优选地，所述第一可调夹持机构包括第一卡接件和与第一卡接件弹性连接的从动摩擦轮组机构。第一卡接件与从动摩擦轮组机构弹性连接的设置，使得从动摩擦轮组机构能够根据导管的粗细自适应调节夹持。

优选地，所述从动摩擦轮组机构包括第二卡接件和与第二卡接件连接的第二第一摩擦轮组，所述第一卡接件与第二卡接件弹性连接。

优选地，所述第一卡接件上设有若干用于防止从动摩擦轮组机构脱离的限位板。

优选地，所述第二可调夹持机构包括直线运动控制件和与直线运动控制件连接的主动摩擦轮组机构，所述主动摩擦轮组机构与机架滑动连接。直线运动控制件的设置使得主动摩擦轮组机构的滑动能够通过直线运动控制件进行控制，通过主动摩擦轮组机构的滑动带动导管轴向旋转。

优选地，所述主动摩擦轮组机构包括第一连接座和与第一连接座连接的第一电机、若干第二摩擦轮；第二摩擦轮通过同步带轮组与第一电机连接。第一电机、第二摩擦轮、同步带轮组的设置，使若干第二摩擦轮能够同步转动。

优选地，所述角度调整机构包括第二连接座和与第二连接座连接的夹紧机构、转动机构。夹紧机构用于夹紧导管前端，转动机构用于控制导管的出射角度。

优选地，所述夹紧机构包括用于夹紧导管的第二滑块和第三滑块，所述第二滑块与第三滑块之间通过第一齿轮传动连接，所述第一齿轮上连接有第二电机。第二滑块与第三滑块之间通过第一齿轮传动连接的设置，使得夹紧机构能够通过第二电机控制第一齿轮的转动，再通过第一齿轮的传动使第二滑块与第三滑块做同步逆向运动，实现第二滑块与第三滑块之间的开合，完成对导管的夹紧或松开。

优选地，所述转动机构包括齿轮组和与齿轮组连接的舵机，所述齿轮组上设有用于带动导管偏转的导向件。

优选地，所述机架上设有用于供导管穿过的通孔。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)第一卡接件与从动摩擦轮组机构弹性连接的设置，使得从动摩擦轮组能够根据导管的粗细自适应调节夹持。

(2)第一电机、第二摩擦轮、同步带轮组的设置，使若干第二摩擦轮能够同步转动，共同控制导管的进给。

(3)第二滑块与第三滑块之间通过第一齿轮传动连接的设置，使得夹紧机构能够通过第二电机控制第一齿轮的转动，再通过第一齿轮的传动使第二滑块与第三滑块做同步逆向运动，实现第二滑块与第三滑块之间的开合，完成对导管的夹紧或松开。

附图说明

图1为本发明一种导管机器人系统的结构示意图。

图2为本发明机架的结构示意图。

图3为本发明第一可调夹持机构的结构示意图。

图4为本发明第一可调夹持机构的爆炸图。

图5为本发明第二可调夹持机构的结构示意图一。

图6为本发明第二可调夹持机构的结构示意图二。

图7为本发明角度调整机构的结构示意图一。

图8为本发明角度调整机构的结构示意图二。

图9为本发明角度调整机构的结构示意图三。

图10为本发明一种导管机器人系统的使用状态图。

图示标记说明如下：

1-底座机构，2-机架，21-第一连接板，201-第一连接前板，202-第一连接后板，211-第一缺口结构，212-通孔，22-连接柱，23-第二连接板，24-延伸板，25-挡块，251-第一滑槽，3-第一可调夹持机构，31-第一卡接件，311-第一凸起部，312-限位孔，313-第二缺口结构，314-第二滑槽，32-从动摩擦轮组机构，321-第二卡接件，301-第二凸起部，322-第一摩擦轮组，302-第一摩擦轮，303-轴承支架，304-轴承，33-限位板，34-弹簧，4-第二可调夹持机构，41-直线运动控制件，42-主动摩擦轮组机构，421-第一连接座，422-第二摩擦轮，423-第一电机，424-同步带轮组，43-连接块，44-第一滑轨，45-第一滑块，5-角度调整机构，51-第二连接座，52-夹紧机构，521-第二滑块，522-第三滑块，523-第二滑轨，524-第一齿轮，525-第二电机，53-转动机构，531-齿轮组，501-第二齿轮，502-第三齿轮，532-舵机，533-导向件。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，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的具体含义。

实施例1

如图1至图6所示为本发明一种导管机器人系统的第一实施例，包括底座机构1，底座机构1上设有机架2；机架2上可拆卸连接有用于调整导管进给量的第一可调夹持机构3，以及机架2上活动连接有用于调整导管进给量的第二可调夹持机构4，第一可调夹持机构3位于第二可调夹持机构4的上方；机架2上还可拆卸连接有用于调整导管出射角度的角度调整机构5。

第一可调夹持机构3和第二可调夹持机构4用于夹持导管，通过其可调的设置，使导管机器人系统能够适用于多种不同规格的导管；第二可调夹持机构4的活动连接的设置，使导管能够随着第二可调夹持机构4的活动而活动，实现对导管进给量的调整；角度调整机构5用于调整导管的出射角度，从而控制导管进入人体的角度，降低医生在手术操作中的难度；第一可调夹持机构3可拆卸连接的设置，以及通过机架2搭接各个机构的设置，使若干机构能够单独分离，便于组装。

如图1所示，本实施例中底座机构1可以为机械臂机构，机械臂机构的设置使导管机器人系统能够便于与其他装置进行搭接。机械臂机构上设有平台，机架2与平台通过螺栓连接。如图2所示，机架2包括第一连接板21和位于第一连接板21下方的第二连接板23，第一连接板21和第二连接板23之间通过四根连接柱22连接；第一连接板21上设有用于安装第一可调夹持机构3的第一缺口结构211，使第一连接板21被分割为第一连接前板201和第一连接后板202，第一连接前板201和第一连接后板202上均设置有通孔212，且两个通孔同轴，使导管能够水平穿过第一连接板21。第一缺口结构211的两边缘处连接有便于插接第一可调夹持机构3的挡块25；第二连接板23上靠近第一连接前板201的一端还连接有用于安装角度调整机构5的延伸板24，延伸板24与第二连接板23一体成型。

另外，第一可调夹持机构3包括第一卡接件31和与第一卡接件31弹性连接的从动摩擦轮组机构32。第一卡接件31与从动摩擦轮组机构32弹性连接的设置，使得从动摩擦轮组机构32能够根据导管的粗细自适应调节夹持。

其中，从动摩擦轮组机构32包括第二卡接件321和与第二卡接件321连接的第二第一摩擦轮组322，第一卡接件31与第二卡接件321弹性连接。第一卡接件31上设有若干用于防止从动摩擦轮组机构32脱离的限位板33。

如图1至图4所示，第一卡接件31与机架2滑动卡接，具体地，第一卡接件31的两端设有若干第一凸起部311，挡块25上设有若干与第一凸起部311相匹配的第一滑槽251，使第一卡接件31与机架2能够通过第一凸起部311在第一滑槽251内滑动卡接。第一卡接件31的下端设有用于容纳从动摩擦轮组机构32的第二缺口结构313，第二卡接件321在第二缺口结构313内滑动卡接。具体地，第二卡接件321的两端均设有第二凸起部301，第二缺口结构313的两端均设有与第二凸起部301相匹配的第二滑槽314，第二凸起部301在第二滑槽314内通过弹簧34滑动卡接，即弹簧34的一端与第二凸起部301的上端相抵，弹簧34的另一端与第二滑槽314相抵。第一卡接件31上设有与限位板33相匹配的限位孔312，限位板33的一端与第二凸起部301的下端连接，限位板33的另一端卡接于限位孔312内。还有，第一摩擦轮组322包括若干第一摩擦轮302、轴承支架303、轴承304，第一摩擦轮302的两端连接轴承304，轴承304通过轴承支架304与第二卡接件321的下端连接。如图1、图4和图10所示，本实施例中设置有两个并列放置的第一摩擦轮302，第一摩擦轮302的轮轴朝向与导管的进给方向相互垂直，使得导管与第一摩擦轮302的周向面相接触。

另外，第二可调夹持机构4包括直线运动控制件41和与直线运动控制件41连接的主动摩擦轮组机构42，主动摩擦轮组机构42与机架2滑动连接。直线运动控制件41的设置使得主动摩擦轮组机构42的滑动能够通过直线运动控制件41进行控制，通过主动摩擦轮组机构42的滑动带动导管轴向旋转。

其中，主动摩擦轮组机构42包括第一连接座421和与第一连接座421连接的第一电机423、若干第二摩擦轮422；第二摩擦轮422通过同步带轮组424与第一电机423连接。第一电机、第二摩擦轮、同步带轮组的设置，使若干第二摩擦轮能够同步转动。

如图1、图2、图5、图6所示，第二可调夹持机构4位于第一连接板21和第二连接板23之间，第一连接座421与第二连接板23通过第一滑轨44和第一滑块45连接，具体地，第一连接座421上连接有第一滑块45，第二连接板23上连接有第一滑轨44，通过第一滑轨44与第一滑块45滑动连接，使第二可调夹持机构4能够在机架2上滑动。需要说明的是，还可以通过在第一连接座421上连接第一滑轨44、在第二连接板23上连接第一滑块45的设置实现滑动。

还有，如图1、图2、图5、图6所示，直线运动控制件41为滚珠丝杆机构，第一连接座421与滚珠丝杆机构的移动端通过连接块43连接，使得滚珠丝杆机构的移动端在发生移动时能够带动第二可调夹持机构4滑动。本实施例中设置两个并列的第二摩擦轮422，位于第一摩擦轮302的正下方，又由于第一卡接件31的第二滑槽314与从动摩擦轮组机构32的第二凸起部301之间通过弹簧连接，使得第一摩擦轮302和第二摩擦轮422能够自适应不同导管的粗细弹性夹持导管；同步带轮组424连接两个摩擦轮422和第一电机423，使第一电机423的转动能够带动两个第二摩擦轮422同步转动，第一电机423为无刷电机。需要说明的是，直线运动控制件41还可以为气缸机构，气缸机构的活塞杆与第一连接座421通过连接块43连接，使得活塞杆发生移动时能够带动第二可调夹持机构4滑动。

实施例2

本实施例与实施例1类似，所不同之处在于，本实施例中角度调整机构5包括第二连接座51和与第二连接座51连接的夹紧机构52、转动机构53。夹紧机构52用于夹紧导管前端，转动机构53用于控制导管的出射角度。

其中，夹紧机构52包括用于夹紧导管的第二滑块521和第三滑块522，第二滑块521与第三滑块522之间通过第一齿轮524传动连接，第一齿轮524上连接有第二电机525。第二滑块521与第三滑块522之间通过第一齿轮524传动连接的设置，使得夹紧机构52能够通过第二电机525控制第一齿轮524的转动，再通过第一齿轮524的传动使第二滑块521与第三滑块522做同步逆向运动，实现第二滑块521与第三滑块522的开合，完成对导管的夹紧或松开。转动机构53包括齿轮组531和与齿轮组531连接的舵机532，齿轮组531上设有用于带动导管偏转的导向件533。

如图7至图10所示，第二滑块521与第二连接座51之间、第三滑块522与第二连接座51之间均通过第二滑轨523滑动连接，使得第二滑块521和第三滑块522能够相对与第二连接座51发生滑动；且第二滑块521、第三滑块522上均设置有齿条，齿条与第一齿轮524啮合；第二电机525的机座与第二连接座51连接，第二电机525的输出轴与第一齿轮524连接，本实施例中第二电机525为步进电机。

如图7至图10所示，齿轮组531包括第二齿轮501和与第二齿轮501相啮合的第三齿轮502，第三齿轮502与舵机532连接；第二齿轮501与第二连接座51的上端通过轴承连接，导向件533连接于第二齿轮501上，导向件533为套筒结构，用于供导管穿过；当第二齿轮501发生转动时，套筒结构也能够发生转动并带动导管前端发生偏转。

使用时，如图10所示，将导管顺次插入第一连接后板202上的通孔212、第一摩擦轮302与第二摩擦轮422之间、第一连接前板201上的通孔212、以及导向件533，然后启动第二电机525正转或反转，使第二滑块521、第三滑块522相向或逆向滑动夹紧导管；当需要调整导管的进给量时，启动第一电机423，由于导管被夹紧于第一摩擦轮302与第二摩擦轮422之间，第二摩擦轮422转动时导管也随之发生位移，使导管的进给能够得到调整；当需要轴向转动导管时，启动直线运动控制件41，主动摩擦轮组机构42发生滑动，又由于导管被限制于第二滑块521、第三滑块522之间，使得导管能够得到轴向转动；当需要调整导管的出射角度时，启动舵机532，第三齿轮502转动并带动与之啮合的第二齿轮501转动，使得位于导向件533的部分导管发生偏移，实现导管出射角度的调整。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种导管机器人系统，其特征在于，包括底座机构（1），所述底座机构（1）上设有机架（2）；所述机架（2）上可拆卸连接有用于调整导管进给量的第一可调夹持机构（3），以及活动连接有用于调整导管进给量的第二可调夹持机构（4），所述第一可调夹持机构（3）位于所述第二可调夹持机构（4）的上方；所述机架（2）上还可拆卸连接有用于调整导管出射角度的角度调整机构（5）；其中，所述第一可调夹持机构（3）包括第一卡接件（31）和与第一卡接件（31）弹性连接的从动摩擦轮组机构（32），所述第一卡接件（31）与机架（2）滑动卡接；所述从动摩擦轮组机构（32）包括第二卡接件（321）和与第二卡接件（321）连接的第一摩擦轮组（322），所述第一卡接件（31）与第二卡接件（321）弹性连接；所述第一卡接件（31）的下端设有用于容纳所述从动摩擦轮组机构（32）的第二缺口结构（313），所述第二卡接件（321）在所述第二缺口结构（313）内滑动卡接。

2.根据权利要求1所述的一种导管机器人系统，其特征在于，所述第一卡接件（31）上设有若干用于防止从动摩擦轮组机构（32）脱离的限位板（33）。

3.根据权利要求1所述的一种导管机器人系统，其特征在于，所述第二可调夹持机构（4）包括直线运动控制件（41）和与直线运动控制件（41）连接的主动摩擦轮组机构（42），所述主动摩擦轮组机构（42）与机架（2）滑动连接。

4.根据权利要求3所述的一种导管机器人系统，其特征在于，所述主动摩擦轮组机构（42）包括第一连接座（421）和与第一连接座（421）连接的第一电机（423）、若干第二摩擦轮（422）；第二摩擦轮（422）通过同步带轮组（424）与第一电机（423）连接。

5.根据权利要求1所述的一种导管机器人系统，其特征在于，所述角度调整机构（5）包括第二连接座（51）和与第二连接座（51）连接的夹紧机构（52）、转动机构（53）。

6.根据权利要求5所述的一种导管机器人系统，其特征在于，所述夹紧机构（52）包括用于夹紧导管的第二滑块（521）和第三滑块（522），所述第二滑块（521）与第三滑块（522）之间通过第一齿轮（524）传动连接，所述第一齿轮（524）上连接有第二电机（525）。

7.根据权利要求5所述的一种导管机器人系统，其特征在于，所述转动机构（53）包括齿轮组（531）和与齿轮组（531）连接的舵机（532），所述齿轮组（531）上设有用于带动导管偏转的导向件（533）。

8.根据权利要求1所述的一种导管机器人系统，其特征在于，所述机架（2）上设有用于供导管穿过的通孔（212）。

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