CN111557738A - 软镜辅助装置的控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种软镜辅助装置的控制系统，包括：操作装置，用于供用户操作以控制软镜辅助装置；传感器，用于检测手术时软镜辅助装置或其所操作的软镜装置受到的作用力；反馈器，用于根据传感器的信号向所述操作装置输出作用力以使用户在操作时感知所述软镜或软镜辅助装置在运行时受到的阻力。本申请的有益之处在于提供了一种能将驱动装置收到阻力反馈给操作者的软镜辅助装置的控制系统。

Description

软镜辅助装置的控制系统

技术领域

本申请涉及一种软镜辅助系统，具体而言，涉及一种软镜辅助装置的控制系统。

背景技术

上尿路结石是泌尿系多发疾病之一，约占泌尿外科手术的40％。经皮肾镜碎石术(PCNL)以其微创、结石清除率高为特点，一直被认为是治疗大结石、多发结石或下盏结石的金标准。但鉴于肾脏解剖结构和结石引起肾结构病变的复杂性，以及毗邻脏器的差异性，PCNL仍存在很多不可预测，其中最关键和最难的是准确的穿刺定位，由此引发的并发症就是出血和感染。据统计，PCNL术中和术后出血概率约为13.7％，胸膜损伤约4.5～16％，周围毗邻脏器损伤约0.4％。此外，对于复杂性结石往往需要多通道和多阶段碎石治疗，更会增加手术出血和感染的风险。

输尿管软镜(Flexibleureteroscopy,FURS)在过去十年发展迅速，其配合钬激光已成为上尿路结石治疗中可替代体外冲击波碎石(ESWL)和经皮肾镜取石(PCNL)的新一代治疗方式。FURS是经人体自然通道进行操作的无创技术，从而避免了PCNL肾脏出血和感染的风险，安全性更高。镜体软性结构设计使软镜能到达整个上尿路肾盂肾盏系统，极大提高了诊疗范围，也减少了对人体尿道和输尿管等组织的损伤。然而，FURS在操作上面临挑战性，主要表现为上尿路集合系统的复杂性较难掌控，学习曲线长；所使用的输尿管软镜价格昂贵，镜体易损坏，医疗成本高；操作输尿管软镜无法一人独立完成，需要多名助手协助完成灌注、放置光纤和套石篮等，协调性较差；手术姿势不符合人体工程学原理，术者操作疲劳度高，影响稳定性和手术质量；当术中需要X线定位时，会对术者造成累计辐射伤害；这些因素限制了其进一步推广应用。

另一方面，机器人辅助治疗技术在泌尿外科腹腔镜治疗领域发挥着重要作用。达芬奇手术机器人自2001年被美国FDA批准用于临床以来，现已广泛用于妇科、泌尿外科、普外科等手术领域。由于手术机器人在改善微创/无创手术的人机工效方面优势显著，近年来已被用于解决FURS在临床操作中的难题。

现有的输尿管软镜手术的机械臂辅控制系统因为向操作者反馈作用力而导致无法保证运行安全。

发明内容

一种软镜辅助装置的控制系统，包括：

操作装置，用于供用户操作以控制软镜辅助装置；

传感器，用于检测手术时软镜辅助装置或其所操作的软镜装置受到的作用力；

反馈器，用于根据传感器的信号向所述操作装置输出作用力以使用户在操作时感知所述软镜或软镜辅助装置在运行时受到的阻力。

进一步地，所述传感器至少部分设置于软镜装置中。

进一步地，所述传感器至少部分设置于软镜辅助装置中。

进一步地，所述传感器设置于软镜装置和软镜辅助装置中。

进一步地，所述软镜辅助装置的控制系统还包括：

控制器，用于接收所述传感器的信号并向所述反馈器输出控制信号。

进一步地，所述反馈器包括一个磁场装置。

进一步地，所述操作装置包括一个操纵杆，所述操纵杆连接有一个能被所述磁场装置作用磁性件。

进一步地，所述反馈器包括一个电机。

进一步地，所述传感器包括一个光学元件。

进一步地，所述传感器包括一个半导体元件。

本申请的有益之处在于：

提供了一种能将驱动装置收到阻力反馈给操作者的软镜辅助装置的控制系统。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

在附图中：

图1为本申请的一个实施例的辅助装置第一视角的结构示意图；

图2为图1所示的辅助装置第二视角的结构示意图；

图3为图1所示的辅助装置第三视角的结构示意图；

图4为图1所示的辅助装置除去外壳之后第一视角的结构示意图；

图5为图1所示的辅助装置除去外壳之后第二视角的结构示意图；

图6为图1所示的辅助装置除去外壳之后第三视角的结构示意图；

图7为图1所示的辅助装置除去外壳之后第四视角的结构示意图；

图8为图1所示的辅助装置中驱动部分第一视角的结构示意图；

图9为图1所示的辅助装置中驱动部分第二视角的结构示意图；

图10为图1所示的辅助装置中驱动部分第三视角的结构示意图；

图11为图1所示的辅助装置中驱动部分第四视角的结构示意图；

图12为图1所示的辅助装置中驱动部分剖视结构示意图；

图13为图1所示的辅助装置中操作臂及其附属部分的爆炸结构示意图；

图14为图13中部分结构的示意图；

图15为图14所示结构另一视角的示意图；

图16为本申请一个软镜手术系统的示意图；

图17为本申请驱动装置一个实施例的示意图；

图18为本申请一个软镜装置的结构示意图；

图19为图18所示软镜前端部剖视结构示意图；

图20为图19中端部件的结构示意图；

图21为图20中端部件侧视的剖视示意图；

图22为图18所示软镜装置部分结构示意图；

图23为压力光纤结构示意图；

图24为图18所示方案截面结构示意图；

图25为本申请一个实施例反馈器的结构示意图；

图26为本申请另一个实施例的反馈器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1至图15所示，作为本申请的一个具体实例，本申请的辅助装置10包括第一维驱动装置100、第二维驱动装置200、枢转驱动装置300和操作臂400。操作臂400用于装载或/和操作一个软镜装置，这里的软镜装置既可以一般的软镜装置也可以是本申请提供的软镜装置。

操作臂400可以装夹一个软镜装置以使操作臂400能操作软镜装置。这里所指的操作包括使软镜装置移动位置、改变姿态、改变状态。

操作臂400主要作用在于代替医生的手臂和手作用以操纵软镜装置。比如对软镜装置进行驱动，使其改变位置或姿态以适合手术需要，再比如对软镜装置的拨钮以及其他可操作部分进行操作以实现软镜装置在手术中功能。

辅助装置10用于驱动操作臂400的驱动系统包括：第一维驱动装置100、第二维驱动装置200、枢转驱动装置300。

其中，第一维驱动装置100用于驱动操作臂400沿第一方向D1运动。第一维驱动装置100主要实现大致沿前后方向驱动操作臂400。

作为具体方案，第一维驱动装置100包括第一驱动电机101、第一位移装置102和第一传动装置103。其中，第一驱动电机101至少包括一个绕第一电机轴线a1转动的第一转子（图中未示出）；第一位移装置102包括一个第一丝杠102a和第一螺母102b，第一丝杠102a能绕第一位移轴线b1相对转动。

第一转子的第一电机轴线a1平行于第一位移装置102的第一位移轴线b1，但第一转子的第一电机轴线a1相异于第一位移装置102的第一位移轴线b1，即第一电机轴线a1和第一位移轴线b1不重合（不在同一条直线上）。

第一丝杠102a大致沿第一位移轴线b1延伸形成，第一丝杠102a表面形成有丝杠螺纹，第一螺母102b套装在第一丝杠102a上，当第一丝杠102a绕第一位移轴线b1转动时，第一螺母102b可以沿着第一位移轴线b1移动。

第一位移装置102的第一丝杠102a能被第一驱动电机101驱动绕第一位移轴线b1转动；第一传动装置103用于在第一驱动电机101和第一位移装置102之间实现传动；设置第一驱动电机101和第一丝杠102a的位置使第一电机转轴平行于第一位移轴线b1。第一驱动电机101连接至第一传动装置103，第一位移装置102也连接至第一传动装置103，第一传动装置103在第一驱动电机101与第一传动装置103之间构成传动，以使第一驱动电机101能够驱动第一位移装置102。

通过设置使第一驱动电机101与第一位移装置102在第一方向D1的投影上至少部分重合。

需要说明的是，在空间旋转任意一根平行于第一方向D1的直线，作为投影直线，所选择的物体向该投影直线进行投影得到线段定义为向第一方向D1的投影，当选择的投影物为多个时，它们需要向同一投影直线投影。

作为一个优选方案，第一驱动电机101与第一位移装置102在第一方向D1的投影重合的长度与第一驱动电机101在第一方向D1的投影的长度比值的取值范围0.75至0.98。

作为进一步的方案，通过设置使第一驱动电机101的电机轴与第一位移装置102的第一丝杠102a在第一方向D1的投影上至少部分重合，并且第一驱动电机101的电机轴与第一位移装置102的第一丝杠102a在第一方向D1的投影重合的长度与第一驱动电机101的电机轴在第一方向D1的投影长度的比值的取值范围为0.75至0.98。

因为第一维驱动装置100为最重要手术动作，因此，需要具有较高的重合比列以保证运行的平稳。

第一驱动电机101位于第一丝杠102a远离操作臂400的一侧，第一传动装置103也位于第一丝杠102a远离操作臂400的一侧。

作为具体的方案，第一驱动电机101为一个步进电机，其通过第一传动装置103间接驱动第一位移装置102。

作为一种可选方案，第一传动装置103包括一个齿轮箱，该齿轮箱中通过齿轮的啮合实现传动速度和传动方向的转换。

第二维驱动装置200用于驱动操作臂400沿异于第一方向D1的第二方向D2运动；第二维驱动装置200主要实现大致沿竖直方向驱动操作臂400。

作为具体方案，第二维驱动装置200包括第二驱动电机201、第二位移装置202和第二传动装置203。其中，第二驱动电机201至少包括一个绕第二电机轴线a2转动的第二转子（图中未示出）；第二位移装置202包括一个第二丝杠202a和第二螺母（图中未示出，可以参考第一维驱动装置100的方案），第二丝杠202a能绕第二位移轴线b2相对转动。

第二转子的第二电机轴线a2平行于第二位移装置202的第二位移轴线b2，但第二转子的第二电机轴线a2相异于第二位移装置202的第二位移轴线b2，即第二电机轴线a2和第二位移轴线b2不重合（不在同一条直线上）。

第二丝杠202a大致沿第二位移轴线b2延伸形成，第二丝杠202a表面形成有丝杠螺纹，第二螺母（图中未示出）套装在第二丝杠202a上，当第二丝杠202a绕第二位移轴线b2转动时，第二螺母（图中未示出）可以沿着第二位移轴线b2移动。

第二位移装置202的第二丝杠202a能被第二驱动电机201驱动绕第二位移轴线b2转动；第二传动装置203用于在第二驱动电机201和第二位移装置202之间实现传动；设置第二驱动电机201和第二丝杠202a的位置使第二电机转轴平行于第二位移轴线b2。第二驱动电机201连接至第二传动装置203，第二位移装置202也连接至第二传动装置203，第二传动装置203在第二驱动电机201与第二传动装置203之间构成传动，以使第二驱动电机201能够驱动第二位移装置202。

通过设置使第二驱动电机201与第二位移装置202在第二方向D2的投影上至少部分重合。

需要说明的是，在空间旋转任意一根平行于第二方向D2的直线，作为投影直线，所选择的物体向该投影直线进行投影得到线段定义为向第二方向D2的投影，当选择的投影物为多个时，它们需要向同一投影直线投影。

作为一个优选方案，第二驱动电机201与第二位移装置202在第二方向D2的投影重合的长度与第二驱动电机201在第二方向D2的投影的长度比值的取值范围0.5至0.8。

作为进一步的方案，通过设置使第二驱动电机201的电机轴与第二位移装置202的第二丝杠202a在第二方向D2的投影上至少部分重合，并且第二驱动电机201的电机轴与第二位移装置202的第二丝杠202a在第二方向D2的投影重合的长度与第二驱动电机201的电机轴在第二方向D2的投影长度的比值的取值范围为0.5至0.8。

因为第二维驱动装置200主要用于升降，升降往往需要在术前调整后，在术中往往不会调整，即使调整也是概率较小的微调，因此可以适当降低重合比列。

作为具体的方案，第二驱动电机201为一个步进电机，其通过第二传动装置203间接驱动第二位移装置202。

作为一种可选方案，第二传动装置203包括一个齿轮箱，该齿轮箱中通过齿轮的啮合实现传动速度和传动方向的转换。

作为具体的方案，第二维驱动装置200是间接驱动操作臂400，第二维驱动装置200直接驱动的为一个升降座501。支撑架510的伸缩杆510a的安装端通过一个连接件固定连接至该升降座501。该升降座501能在第二维驱动装置200驱动下升降。

第二驱动电机201位于第二丝杠202a远离升降座501的一侧，第二传动装置203也位于第二丝杠202a远离升降座501的一侧。

鉴于，第二维驱动装置200所支撑的重量较重，并且行程距离较长，作为具体方案，可以设置导向座512和导向杆513进行导向保证运行的平稳度，导向杆513穿过导向座512并与之构成滑动连接，从而使

作为扩展方案，可以设置第三维驱动装置（图中未示出）以驱动操作臂400左右移动，第三维驱动装置可以采用类似于第一维驱动装置100和第二维驱动装置200的方案。

虽然附图中没有示出相应的结构，通过以上第一维驱动装置100和第二维驱动装置200可以理解地，第三维驱动装置包括第三驱动电机、第三位移装置和第三传动装置。其中，第三驱动电机至少包括一个绕第三电机轴线转动的第三转子；第三位移装置包括一个第三丝杠和第三螺母，第三丝杠能绕第三位移轴线相对转动。

第三转子的第三电机轴线平行于第三位移装置的第三位移轴线，但第三转子的第三电机轴线相异于第三位移装置的第三位移轴线，即第三电机轴线和第三位移轴线不重合（不在同一条直线上）。

第三丝杠大致沿第三位移轴线延伸形成，第三丝杠表面形成有丝杠螺纹，第三螺母套装在第三丝杠上，当第三丝杠绕第三位移轴线转动时，第三螺母可以沿着第三位移轴线移动。

第三位移装置的第三丝杠能被第三驱动电机驱动绕第三位移轴线转动；第三传动装置用于在第三驱动电机和第三位移装置之间实现传动；设置第三驱动电机和第三丝杠的位置使第三电机转轴平行于第三位移轴线。第三驱动电机连接至第三传动装置，第三位移装置也连接至第三传动装置，第三传动装置在第三驱动电机与第三传动装置之间构成传动，以使第三驱动电机能够驱动第三位移装置。

通过设置使第三驱动电机与第三位移装置在第三方向D3的投影上至少部分重合。

需要说明的是，在空间旋转任意一根平行于第三方向D3的直线，作为投影直线，所选择的物体向该投影直线进行投影得到线段定义为向第三方向D3的投影，当选择的投影物为多个时，它们需要向同一投影直线投影。

作为一个优选方案，第三驱动电机与第三位移装置在第三方向D3的投影重合的长度与第三驱动电机在第三方向D3的投影的长度比值的取值范围0.3至0.8。

作为进一步的方案，通过设置使第三驱动电机的电机轴与第三位移装置的第三丝杠在第三方向D3的投影上至少部分重合，并且第三驱动电机的电机轴与第三位移装置的第三丝杠在第三方向D3的投影重合的长度与第三驱动电机的电机轴在第三方向D3的投影长度的比值的取值范围为0.3至0.8。因为左右移动并非是手术常用动作，与升降类似，依次可以适当降低重合比列。

作为具体的方案，第三驱动电机为一个步进电机，其通过第三传动装置间接驱动第三位移装置。

作为一种可选方案，第三传动装置包括一个齿轮箱，该齿轮箱中通过齿轮的啮合实现传动速度和传动方向的转换。

作为具体方案，第三位移轴线垂直于第一位移轴线b1，第二位移轴线b2垂直于第一位移轴线b1。

作为具体方案，第一电机轴线a1到第一位移轴线b1的距离小于第一驱动电机101在第一方向D1的长度；第二电机轴线a2到第二位移轴线b2的距离小于第二驱动电机201在第二方向D2的长度；第三电机轴线到第三位移轴线的距离小于第三驱动电机在第三方向D3的长度。

原有电机与丝杠同轴方案，丝杠自身因为长度原因传动已经不稳定，外加电机力矩带来的杠杆效应进一步加剧抖动和冲击。

采用以上的方案，驱动电机能与丝杠重合，再节约空间的同时，亦通过电机轴线与位移轴线距离设置降低了丝杠传动时产生的抖动和冲击，起到以驱动电机自身作为配重的作用，且使驱动装置重心更加合理，减少了手术时不必要的作用力和冲击。

基于类似的原理和设计，枢转驱动装置300用于驱动转动操作臂400绕第一枢转轴线c1转动。具体而言，枢转驱动装置300包括枢转驱动电机301 ，该枢转驱动电机301 包含一个绕第二枢转轴线c2转动的枢转转子（图中未示出）。其中，操作臂400转动所围绕的第一枢转轴线c1平行于且想异于枢转转子转动所围绕的第二枢转轴线c2。

作为具体方案，第一枢转轴线c1平行于第一电机轴线a1；第一枢转轴线c1垂直于第二电机轴线a2，第一枢转轴线c1还可以垂直于第三电机轴线。

作为具体方案，枢转驱动装置300还包括枢转传动装置302，该枢转传动装置302设置在枢转驱动电机301 与操作臂400之间构成传动。枢转驱动电机301 与操作臂400被构造为一个能同步移动的整体。枢转驱动电机301 在第一方向D1上的尺寸大于第一枢转轴线c1与第二枢转轴线c2之间的距离。枢转驱动电机301 和第一驱动电机101分别位于第一丝杠102a的两侧。通过这样设置，枢转驱动装置300也能起到对操作臂400进行配重从而保证操作稳定工作的目的。

操作臂400包括臂本体401和夹持组件402。其中，臂本体401包含安装部401a、受驱部401b和连接部401c。其中，夹持组件402设置于臂本体401的安装部401a，受驱部401b连接至枢转驱动装置300；连接部401c设置在安装部401a和受驱部401b之间；连接部401c的至少一部分的延伸方向与操作臂400转动所围绕的第一轴线倾斜相交。夹持组件402形成有一个夹持壁面402a，夹持壁面402a至少相对于一个中心线x对称构成，夹持壁面402a的中心线x重合于操作臂400转动所围绕的第一枢转轴线c1。

具体方案，夹持组件402包括夹持臂402b、卡勾402c、调整轮402d和定位座402e；夹持臂402b可转动的连接臂本体401，夹持臂402b形成夹持壁面402a，该夹持臂402b能被卡勾402c锁定，夹持臂402b连接有一个调整轮402d，调整轮402d包括一个凸轮结构，该凸轮结构可以通过调整轮402d转动使卡勾402c卡紧在凸轮上。

另外，为了实现对软镜装置的定位，安装部401a还安装有一个定位座402e，该定位座402e轮廓能与软镜装置的操作柄的轮廓想配合从而起到定位作用。

软镜装置至少具有一个中轴线，软镜装置的镜体中不能弯曲部分大致沿这个中轴线延伸，夹持组件402能使软镜装置中轴线与第一枢转轴线c1重合。

安装部401a、受驱部401b和连接部401c的三段式设计以及受驱部401b的倾斜设置，使软镜装置既能绕自己中轴线枢转同时又使软镜装置大部分结构露出在操作臂400之外，便于装夹和设置管线。

作为具体方案，受驱部401b沿平行于操作臂400转动所围绕的第一轴线延伸；安装部401a沿平行于操作臂400转动所围绕的第一枢转轴线c1但异于第一枢转轴线c1的另一直线方向延伸。

为了实现机械臂的操作功能，操作臂400还包括：拨动件403、拨动电机404、上丝爪405、上丝电机406、上丝丝杠407、上丝螺母408。

作为具体方案，操作臂400还包括臂壳409，臂壳409从两侧对臂本体401构成包围从而保护臂本体401，臂本体401与臂壳409可以采用不同材料制成，臂本体401采用金属材料制成，臂壳409采用塑料材料制成，臂壳409在形状上与臂本体401相似，其设有使拨动件403、夹持组件402等露出的孔。

作为具体方案，臂本体401设有容纳拨动电机404和上丝电机406的安装槽401d。

其中，拨动件403可转动连接至臂本体401的安装部401a以能拨动软镜装置的拨钮，拨动电机404连接至拨动件403以驱动拨动件403转动从而拨动软镜装置的拨钮。拨动电机404包括一个绕第三枢转轴线c3转动的拨动转子；操作臂400转动所围绕的第一枢转轴线c1垂直于拨动转子所围绕的第三枢转轴线c3。操作臂400转动所围绕的第一枢转轴线c1垂直于拨动转子所围绕的第三枢转轴线c3。

拨动件403被构造成能够与软镜装置的拨钮配和从而能带动软镜装置的拨钮，具体的，拨动件403被构造成两爪结构，即在两爪之间形成供拨钮嵌入空间。

上丝爪405与臂本体401构成滑动连接以拨动软镜装置的光纤丝束；上丝电机406连接至上丝爪405以驱动上丝爪405滑动；具体的，上丝电机406包括一个绕第四枢转轴线c4转动的上丝转子；操作臂400转动所围绕的第一枢转轴线c1垂直于上丝转子所围绕的第四枢转轴线c4。上丝电机406驱动上丝丝杠407转动从而带动上丝螺母408直线移动，为了更稳定的导向，可以设置导向装置导向上丝螺母408并使其不会发生转动。

作为具体方案，第一驱动电机101、第一传动装置103以及第一位移装置102被组装为一个整体，它能相对升降座501前后滑动，将这个整体定义为第一滑动组件502。

第一滑动组件502还包括滑动箱503，第一丝杠102a安装在滑动箱503的内部并能相对滑动箱503转动，同时，第一螺母102b套装在第一丝杠102a上。滑动箱503本身并不完全封闭，其设有一个敞开的轨道口，以便外部结构连接第一螺母102b。

作为进一步的方案，升降座501上方设有一个导向座504，该导向座504与升降座501固定连接，并且其与第一螺母102b也构成固定连接，这样一来，当第一丝杠102a被带动转动时，由于第一螺母102b被固定，第一丝杠102a即能带动滑动箱503前后移动（即第一滑动装置）。

作为优先方案，为了配合导向座504，第一滑动装置还包括一个导向板505，该导向板505的两端连接至滑动箱503，其用于导向部分嵌入至导向座504的导向槽内。

作为具体的方案，在滑动箱503上设有一个转动座506，枢转驱动电机301 和枢转传动装置302均安装至转动座506。操作臂400可转动的连接至转动座506。转动座506与滑动箱503构成固定连接，所以当升降座501升降或滑动箱503前后移动时，操作臂400均能实现同样的移动。

需要说明的是，电机就有一个旋转的转子，是本领域技术人员所熟知的方案，在此不加赘述。

作为具体的方案，辅助装置10还包括：外壳507和支架508。外壳507用于保护和覆盖驱动系统和控制系统。支架508用于对外壳507以及驱动系统和控制系统的部件构成支撑。

具体而言，外壳507包括多个壳体组件，它们通过组装构成整个外壳507并且使外壳507具有一个主壳体部507a、把手壳体部507b和活动壳体部507c。其中，主壳体部507a构成一个较大的封闭空间以容纳驱动系统和控制系统中的一部分，把手壳体部507b设置在主壳体部507a相对的后方，以便用户推拉辅助装置10移动。活动壳体部507c设置在主壳体部507a的上方，用于保护驱动系统或控制系统中位于主壳体部507a以外且相对主壳体部507a运动的一部分。活动壳体部507c与主壳体部507a可以被设置为分别独立的部分且能相对运动，把手壳体部507b与主壳体部507a被设置为具有固定的相对位置的整体，在用户向把手壳体部507b施加作用力时，等同于向主壳体部507a施加作用力。

支架508包括：底板508a和设置在底板508a上方的框架508b。框架508b相对固定的设置在底板508a的上方，框架508b通过设置横梁和立柱围成一个立体的容纳空间，主壳体部507a的壳体组件通过安装至框架508b从而实现对容纳空间保护。底板508a除了用于支撑框架508b之外还用于支撑和固定驱动系统和控制系统中部分部件。

作为具体方案，底板508a还安装有若干脚轮509以使整个装置能够沿地面被移动，脚轮509本身具有锁定功能，在实施手术时，将脚轮509锁定以免整个装置移动。作为另外的扩展方案，可以采用其他的装置，比如液压支撑脚来实现手术时对整机的支撑。

作为具体方案，在底板508a上方还设有若干PLC控制器511以实现对辅助装置10的控制。

作为一种扩展方案，辅助装置10还包括支撑架510，该支撑架510用于支撑软镜的较软的镜体部分。具体而言，支撑架510包括：伸缩杆510a、端部件510b和支撑件510c以及调节装置510d，其中，伸缩杆510a的一端安装至框架508b或者其他与框架508b固定连接的结构，伸缩杆510a的另一端被设置为相对另一端伸缩。伸缩杆510a可以伸缩的一端安装端部件510b，该端部件510b与支撑件510c通过铰轴构成转动连接，端部件510b与支撑件510c相对转动的轴线c5大致垂直于伸缩杆510a的伸缩方向D4。支撑件510c本身形成有夹持的夹持孔，该夹持孔大小可以被调节。

参照图16所示，本申请的机械臂系统包含辅助装置10和操作装置20，操作装置20用于供用户操作从而控制辅助装置10的动作，操作装置20包括操纵杆21和显示界面22，用户可以通过控制操纵杆21而操作辅助装置10从而实现对软镜装置30的操作，显示界面22用于向用户反馈图像或其他数据信息。

为了保证安全，机械臂系统需要在用户进行操作时检测辅助装置10和软镜装置30的运行状态，尤其是辅助装置10和软镜装置30对患者施加作用力需要控制在安全范围内，以便对患者的器官造成损伤。

因此，机械臂系统1的控制系统需要对辅助装置10和软镜装置30均进行检测。具体而言，对于辅助装置10中的驱动装置的运行状态，以及软镜装置30的受到的外力进行检测。

作为其中一种方案，通过检测以上各个驱动装置中的驱动电机来实现安全控制，本申请的辅助装置的控制方法包括：

采集驱动电机的电流作为检测电流；

计算检测电流相对时间的特征参数；

当检测电流的特征参数超过第一参数阈值时，降低驱动电机的转速。

这里所指的电流相对时间的特征参数包括电流的斜率或电流的一阶导数。

在进行实际控制时，设置好相应的采样频率，使两次电流值采集的时间间隔为设定值，此时直接对相邻两次的电流值做差值运算得出的差值，即可以作为上述的特征参数。

降低驱动电机转速，可以认为可以将转速降为0，即停止驱动电机。降低驱动电机转速方案，可以为降低驱动电机的电流供应，更具体而言，驱动电机为无刷电机，其通过一个由mos管组成的驱动电流，可以通过控制mos管的占空比来控制该无刷电机的转速。

采用特征参数的控制方案，可以防止软镜装置30在遇到阻碍时，辅助装置10仍继续运作施力，从而造成人体损伤。因为，驱动装置10在遇到阻力时，往往使驱动电机的负载变大，从而造成驱动电机的电流增大。采用特征参数关联时间，是因为很多损伤是因为软镜装置30位移速度过快，短时间内对局部造成压力过大而造成的，虽然作用力的绝对值也是我们需要控制的其中一项参数，但是如果不控制作用力增大的速率，则即使在较小的作用力下也可能对人体造成损伤，并且，由于医生是通过操作装置20间接操作软镜装置30的，如果不做进给速度的控制，往往来不及在损伤发生之前进行有效的保护，即使在以往手动操作软镜装置时，医生也需要小心进行移位，避免过快的动作。

作为更进一步的方案，本申请的控制方法还包括：

当检测电流的特征参数超过第二参数阈值时，进行一次计数，计数的数值定义为超限次数；

判断预设单位时间段内，超限次数的数值是否大于等于超限次数阈值；

当预设单位时间段内超限次数的数值大于等于第一次数阈值时，降低驱动电机的转速；

其中，第一参数阈值大于第二参数阈值。

采用超限次数的判断，可以在驱动电机的电流过快变化之前，预先进行判断，进而进一步保护安全。

作为优选方案，本申请的控制方法还包括：当上一个预设单位时间段结束后，重置超限次数的数值使其归零。

当一个预设单位时间段内发生超限次数的数值大于等于第一次数阈值时，进行一次计数，计数的数值定义为第一类降速次数；当第一类降速次数大于等于第二次数阈值时，切断驱动电机的电源。

当第一类降速次数大于等于第二次数阈值时，将之前最大的特征参数设置作为新的第一参数阈值。

这样好处在于，当软镜装置30频繁遇到阻碍且无法通过改变克服时，将超限次数作为一个保护事件进行标记，当重复发生保护事件时，说明可以预计会发生风险，此时亦对控制进程加以保护。在设计具体控制方案时，可以设定采集超限次数的采样频率，使其采样的时间间隔大于电流采样间隔，将采集的计数即可作为超限次数。

作为进一步的方案，控制方法还包括：计算检测电流的绝对值；当检测电流的绝对值超过第一绝对阈值时，降低驱动电机的转速；当检测电流的绝对值大于等于第二绝对阈值时，进行一次计数，计数的数值定义为超值次数；判断预设单位时间段内，超值次数的数值是否大于等于超值次数阈值；当预设单位时间段内，超限次数的数值大于等于超限次数阈值时，降低驱动电机的转速；其中，第一绝对阈值大于第二绝对阈值。当上一个预设单位时间段结束后，重置超值次数的数值使其归零。当一个预设单位时间段内发生超值次数的数值大于等于第三次数阈值时，进行一次计数，计数的数值定义为第二类降速次数。当第二类降速次数大于等于第四次数阈值时，切断驱动电机的电源。当第二类降速次数大于等于第四次数阈值时，将之前最大的特征参数作为新的第一参数阈值。

与之前方案类似，采用电流的绝对值可以保证作用力真实情况不至于超过限制。

作为可选方案，电流的绝对值以及电流的特征参数的判断与控制可以并行，也可以仅仅选择其中一种作为控制的算法。

作为扩展方案，可以使操作装置20具有两个操作模式，一个是进入输尿管时的第一模式，此时采用绝对值控制方案，一个是进入肾盂以及进行激光碎石时的第二模式，此时采用特征参数控制方案。

作为优选方案，每当遇到驱动电机被控制系统降速的情况，系统即通过图像等方式提示用户遇到阻力的情况。

作为辅助的控制方式，可以在驱动装置中传动部分，比如联轴器等处，增加压力传感器贴片，或者在装夹软镜装置30处增加压力传感器贴片，以反馈作用力，反馈判断以及控制方案可以参照以上方案，只是判断的对象由驱动装置的电流变换成压力传感器贴片的电流。

由于驱动电机的电流，即受到主动控制的影响，又受到阻力的影响，采集电流容易产生过多的噪音，从而造成控制的误动。

作为一种优选方案，将以上第一维驱动装置、第二维驱动装置和枢转驱动装置配置一个检测装置，该检测装置用于进行辅助检测。

对于第一维驱动装置、第二维驱动装置中的检测装置，检测的是它们各自丝杠的转动或者螺母的直线位移，并将转动和位移转化电信号。

而就枢转驱动装置而言，其检测装置则检测操作臂的转动。

如图17所示，作为一种具体方案，驱动电机801通过联轴器802连接到第一齿轮803，第一齿轮803与第二齿轮804啮合构成传动，第二齿轮804与丝杠805构成止转连接以使它们能同步转动，转换装置806的输入轴806a与丝杠805或第二齿轮804构成止转连接以使输入轴806a与丝杠805同步转动，作为可选方案，也可以在丝杠805与输入轴之间设置联轴器807。

联轴器802和807可以在负载突变或过大时直接脱开传动，从而从硬件结构上保证在阻力过大时，不再继续驱动，保证使用安全。

在进行驱动时，驱动电机801驱动丝杠805转动，丝杠805从而带动转换装置806的输入轴806a的转动，转换装置806被构造为一个发电机，包括转子和定子，它们能相对转动，并通过磁场的作用从而产生相应的电流。输入轴806a被构造连接至该发电机的转子，因此在输入轴806a转动时，转换装置806会产生电流信号。

由于该电流信号并不存在主动控制施加的电流或电压带来的干扰，因此其电流值更能精确反应驱动装置受到的阻力。

对于枢转驱动装置而言，可以直接使操作臂与转换装置同步转动直接反应操作臂的转动情况。

作为另外一种可选方案，也可以采用直线发电机使其与驱动装置中平移的螺母构成固定连接从而在螺母片平移时带动直线发电机滑块移动从而产生电信号。直线发电机可以与直线电机具有相同的构造，仅是使直线电机的用途发生变化，即不对它施加电压驱动它，而是通过外力作用拖动它从而使其发电产生电信号。当然，对于枢转驱动装置适合采用直线发电机的方案。

作为优选方案，可以将以上控制方案中采集的电流变为检测装置中的转换装置所采集的电流。

作为扩展方案，控制系统可以同时对驱动电机的电流和转换装置的电流进行采集作为控制所需的判据。

作为一种可选方案，可以综合驱动电机的电流和转换装置数据进行控制，具体而言，当转换装置的斜率值与当驱动电机的电流的斜率值比值超出预设范围以外时，降低驱动电机的转速。它们的斜率值比值的取值范围为0.9至1.05。

作为扩展方案，也可以向转换装置的发电机施加电压，使其作为电动机使用，使其产生反转的能力，总而在需要降低丝杆的转速时，使发电机主动降速。

以上方案解决了机械臂在运行中遇到阻力反馈的情况，而实际上软镜装置30本身收到的阻力也需要监控。

作为本申请的另一个方面，本申请的软镜装置如图18至图22所示，软镜装置900包括镜体901和控制柄902。

具体而言，镜体901设置在控制并902的前侧，控制并902设有若干功能接口903。

镜体901分为先端部904、连接部905和弯曲部906。其中，先端部904设置于镜体901的最前端以伸入人体内部实现手术功能；连接部905设置于镜体901的最后端以连接控制并902；弯曲部906设置在先端部904和连接部905之间。

镜体901包括：照明元件907、成像元件908、光纤元件909、端部件910、蛇骨管911、若干内管911、直管913，包覆层914。

端部件910构成镜体901的先端部904且设有若干通孔913以容纳照明元件907、成像元件908、光纤元件909以及形成若干功能通道915；蛇骨管911构成镜体901的弯曲部906；直管913构成连接部905；内管911设置在蛇骨管911和直管913的内部并将端部件910的通孔913连通至控制并902的功能接口903；包覆层914包覆在端部件910、蛇骨管911以及直管913的外侧以构成镜体901的外表面。

软镜装置900还包括：拉线916和压力光纤917。其中，拉线916穿过蛇骨管911且分别连接至端部件910和控制并902；压力光纤917设置在蛇骨管911与保护层之间；其中，压力光纤917的前端设有或连接有反射物918。

作为优选方案，压力光纤917设置与拉线916轴线对应的周向位置。两个拉线916设置在蛇骨管911相对的两侧以使两个拉线916相对一中心线对称设置，压力光纤917也相对中心线对称设置。反射物918设置在前端部中。蛇骨管911的管壁设有容纳拉线916的线孔920。线孔920设置在蛇骨管911的管壁的内侧。蛇骨管911的管壁的外侧设有定位槽，压力光纤917设置在定位槽中。压力光纤917设置一个软管919中。

一个蛇骨管911与另一个蛇骨管911构成绕弯曲轴线w1转动连接，两个拉线916分别设置在弯曲轴线w1的两侧。两个压力光纤917分别设置在弯曲轴线w1的两侧。

该方案与直接使用光纤压力传感器不同，其并没有检测反射物918受到的压力，而是压力光纤917在弯曲时收到的压力导致光纤构成的光线传导路径发生变化，从而检测激光反馈信号的变化从而得知弯曲部906侧面受到的压力，从而保证手术安全。

因为一般软镜手术时，多是弯曲部906的侧面，尤其是布置了拉线916的侧面接触器官组织。并且这样的方案节省了前端部的空间，使其具有更大尺寸的通道或者布置其他传感器。

从控制的角度而言，还为压力光纤917配置激光光源，并配置一个能解析光信号的检测器，该检测器检测激光光源经反射物918反射后的光信号，并解析光信号的变化从而向系统或用户反馈软镜装置900收到的压力。

以上介绍了控制系统主动监测阻力从而防止意外情况发生，从而保证手术安全的方案。但是，如果只是控制系统主动控制，而不使用户感知阻力，则会存在用户无所适从的情况，或者，用户以为系统受阻继续对操作杆施力操作造成操作失误。

为了解决这样的问题，作为扩展方案，控制系统里还可以包括反馈系统，尤其是在操作装置20中。

作为具体方案，控制系统包括：传感器和反馈器。

其中，传感器用于检测手术时软镜辅助装置或其所操作的软镜装置受到的作用力。

反馈器用于根据传感器的信号向操作装置输出作用力以使用户在操作时感知软镜或软镜辅助装置在运行时受到的阻力。

作为具体方案，以上方案中可以直接或间接的检测软镜装置收到阻力的装置均可以作为传感器。因此，传感器可以为设置软镜装置中的压力光纤，即包含一个光学元件，也可以是设置辅助装置中转换器或者检测驱动电机电流的装置，还可以设置驱动装置压敏贴片，即一个半导体元件。当然，也可以采用兼而有之的方案，同时在软镜装置和辅助装置中设置传感器。

另外，为了控制反馈器进行反馈，控制系统还包括控制器，该控制器用于接收传感器的信号并向反馈器输出控制信号。

参照上述方案，在控制系统检测到代表阻力增大的信号时，同时向反馈器施加反馈力，从而使操作者感知阻力的变化。作为更进一步的方案，在每次驱动电机被主动降速时，反馈器可以以振动操纵杆方式提示用户，在一些极端情况时，反馈器可以锁定操作杆，使用户感知不应继续操作，而不操作杆不再被改变位置一段时间，且数据恢复正常时，再解锁操作杆的位置。

作为一种优选方案，如图23所示，反馈器50包括磁场装置51，其能对与操作杆52联动的磁性件53施加磁场从而施加阻力。操作杆52与磁性件53通过连杆54构成连接。磁场的磁力越大，操作杆52受到的反馈力越大，并且通过控制磁场方向。

为了适用于无磁环境，如图24所示，反馈器60包括两个若干个反馈电机61，它们的输出轴或连接到输出轴附属装置通过拉绳62连接连杆63，连杆63连接到操作杆64。反馈电机61设置不同方位，比如四个方位上，它们通过拉绳62对连杆63施加的合力可以使操作杆64感到反馈作用力。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种软镜辅助装置的控制系统，包括：操作装置，用于供用户操作以控制软镜辅助装置；其特征在于：

所述软镜辅助装置的控制系统还包括：

传感器，用于检测手术时软镜辅助装置或其所操作的软镜装置受到的作用力；

反馈器，用于根据传感器的信号向所述操作装置输出作用力以使用户在操作时感知所述软镜或软镜辅助装置在运行时受到的阻力。

2.根据权利要求1所述的软镜辅助装置的控制系统，其特征在于：

所述传感器至少部分设置于软镜装置中。

3.根据权利要求1所述的软镜辅助装置的控制系统，其特征在于：

所述传感器至少部分设置于软镜辅助装置中。

4.根据权利要求1所述的软镜辅助装置的控制系统，其特征在于：

所述传感器设置于软镜装置和软镜辅助装置中。

5.根据权利要求1所述的软镜辅助装置的控制系统，其特征在于：

所述软镜辅助装置的控制系统还包括：

控制器，用于接收所述传感器的信号并向所述反馈器输出控制信号。

6.根据权利要求1所述的软镜辅助装置的控制系统，其特征在于：

所述反馈器包括一个磁场装置。

7.根据权利要求1所述的软镜辅助装置的控制系统，其特征在于：

所述操作装置包括一个操纵杆，所述操纵杆连接有一个能被所述磁场装置作用磁性件。

8.根据权利要求1所述的软镜辅助装置的控制系统，其特征在于：

所述反馈器包括一个电机。

9.根据权利要求1所述的软镜辅助装置的控制系统，其特征在于：

所述传感器包括一个光学元件。

10.根据权利要求1所述的软镜辅助装置的控制系统，其特征在于：

所述传感器包括一个半导体元件。

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