CN113598951A - 一种导管驱动机构、血管介入机器人及导管驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了导管驱动机构、血管介入机器人及导管驱动方法。导管驱动机构包括旋转轴、安装座、导向件、直线驱动模块和旋转驱动模块。安装座套设于旋转轴上并与旋转轴转动连接。有主动导轮和被动导轮分别与安装座转动连接，用于夹持导管。导向件与安装座固定连接，其上设有导向槽，由夹持部夹持的导管的一端引至导向槽内，且导管滑动连接于导向槽内，位于导向槽内的导管的轴线与旋转轴轴线位于同一直线上。直线驱动模块与主动导轮连接，用于驱动其转动。主动导轮转动配合被动导轮驱动导管移动，通过导向槽使导管沿旋转轴轴线进退。旋转驱动模块与安装座和/或导向件连接，用于驱动安装座和导向件绕旋转轴轴线旋转，带动导管旋转。

Description

一种导管驱动机构、血管介入机器人及导管驱动方法

技术领域

本发明属于介入手术医疗领域领域，尤其涉及一种导管驱动机构、血管介入机器人及导管驱动方法。

背景技术

在医疗领域，经皮冠状动脉介入手术是缓解冠心病症状的有效方法之一，手术过程中，需要将导管经股动脉进入主动脉，通过注入造影剂检查病变的存在和位置。导管需要实现精确进退，旋转等运动。

在传统血管介入手术过程中，医生为了及时获取病人的血管影像信息，需要长时间暴露在X射线下进行手术，可能对自身健康造成影响；同时，血管介入手术需要丰富的临床经验和高超的手术手法，对医生的技术和经验都有很高的要求；除此之外，长时间持续的手术对医生的体力也形成较大的考验，易使医生产生疲劳感而影响手术的质量，受人为因素影响较大。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种导管驱动机构、血管介入机器人及导管驱动方法，其能使导管自动进退和旋转，并且两种运动方式、运动速度可以相互解耦、互不干扰。

本发明的一种导管驱动机构，用于介入手术，包括：

旋转轴；

安装座，套设于所述旋转轴上并与所述旋转轴转动连接；所述安装座上转动连接有夹持部，所述夹持部包括主动导轮和被动导轮，所述主动导轮和所述被动导轮分别与所述安装座转动连接，所述主动导轮和被动导轮用于夹持导管；

导向件，与所述安装座固定连接；所述导向件上设有导向槽，由所述夹持部夹持的所述导管的一端引至所述导向槽内，且所述导管滑动连接于所述导向槽内，位于所述导向槽内的所述导管的轴线与所述旋转轴的轴线位于同一直线上；

直线驱动模块，与所述主动导轮连接，用于驱动所述主动导轮转动，所述主动导轮转动配合所述被动导轮驱动所述导管移动，通过所述导向槽的作用使所述导管沿所述旋转轴的轴线方向前进或后退；

旋转驱动模块，与所述安装座和/或所述导向件连接，用于驱动与所述旋转驱动模块连接的所述安装座和/或所述导向件绕所述旋转轴的轴线旋转，带动所述导管绕所述旋转轴的轴线旋转；

所述导管伸入血管，由所述夹持部和所述导向件带动，实现在血管内的前进、后退、旋转、前进的同时旋转、后退的同时旋转，从而实现所述导管在血管内沿指定路线移动。

某一实施例中的导管驱动机构，包含两个所述导向件，两个所述导向件分别位于所述安装座在所述旋转轴轴线方向上的两侧，由所述夹持部夹持的所述导管的两端分别引至两个所述导向件的所述导向槽内。

某一实施例中的导管驱动机构，所述主动导轮通过连杆与所述安装座转动连接；

所述连杆穿设所述安装座并与所述安装座转动连接，所述连杆的一端与所述主动导轮固定连接，另一端固连有导轮齿轮，所述主动导轮、所述导轮齿轮和所述连杆的轴线位于同一直线上；

所述直线驱动模块包括直线输出端齿轮和直线驱动部，所述直线输出端齿轮套设于所述旋转轴并与所述旋转轴转动连接，所述直线输出端齿轮和所述导轮齿轮均为锥形齿轮，所述直线输出端齿轮和所述导轮齿轮通过齿啮合连接；

所述直线驱动部与所述直线输出端齿轮连接，用于驱动所述直线输出端齿轮转动。

某一实施例中的导管驱动机构，所述直线驱动部包括第一直线传动齿轮、第二直线传动齿轮和直线驱动单元；

所述第一直线传动齿轮套设于所述旋转轴并与所述旋转轴转动连接，且所述第一直线传动齿轮和所述直线输出端齿轮固定连接；

所述第二直线传动齿轮与所述第一直线传动齿轮通过齿啮合连接；

所述直线驱动单元与所述第二直线传动齿轮连接，用于驱动所述第二直线传动齿轮转动。

某一实施例中的导管驱动机构，所述直线驱动单元包括：

第一直线换向齿轮，与所述第二直线传动齿轮同轴固定连接；

第二直线换向齿轮，与所述第一直线换向齿轮通过齿啮合连接，且所述第一直线换向齿轮和所述第二直线换向齿轮均为锥型齿轮；

直线被动齿轮，与所述第二直线换向齿轮同轴固定连接；

直线主动齿轮和直线驱动器，所述直线主动齿轮与所述直线被动齿轮通过齿啮合连接，所述直线驱动器与所述直线主动齿轮连接，用于驱动所述直线主动齿轮。

某一实施例中的导管驱动机构，所述第二直线传动齿轮的轴线与所述旋转轴的轴线平行，所述直线被动齿轮的轴线和所述第二直线传动齿轮的轴线相互垂直。

某一实施例中的导管驱动机构，设有两个夹持部和两个直线驱动模块，两个直线驱动模块分别用于驱动两个所述夹持部；两个所述夹持部沿所述旋转轴的轴线方向排列。

某一实施例中的导管驱动机构，所述旋转驱动模块包括旋转输出端齿轮和旋转驱动部，所述旋转输出端齿轮与所述安装座和/或所述导向件固定连接，且所述旋转输出端齿轮的轴线与所述旋转轴的轴线位于同一直线上；

所述旋转驱动部与所述旋转输出端齿轮连接，用于驱动所述旋转输出端齿轮转动，带动与所述旋转输出端齿轮连接的所述安装座和/或所述导向件转动，进而带动所述导管绕所述旋转轴的轴线旋转。

某一实施例中的导管驱动机构，所述旋转驱动部包括旋转传动齿轮和旋转驱动单元；

所述旋转传动齿轮与所述旋转输出端齿轮通过齿啮合连接；

所述旋转驱动单元与所述旋转传动齿轮连接，用于驱动所述旋转传动齿轮转动。

某一实施例中的导管驱动机构，所述旋转驱动单元包括：

第一旋转换向齿轮，与所述旋转传动齿轮同轴固定连接；

第二旋转换向齿轮，与所述第一旋转换向齿轮通过齿啮合连接，且所述第一旋转换向齿轮和所述第二旋转换向齿轮均为锥型齿轮；

旋转被动齿轮，与所述第二旋转换向齿轮同轴固定连接；

旋转主动齿轮和旋转驱动器，所述旋转主动齿轮与所述旋转被动齿轮通过齿啮合连接，所述旋转驱动器与所述旋转主动齿轮连接，用于驱动所述旋转主动齿轮。

某一实施例中的导管驱动机构，所述旋转传动齿轮的轴线与所述旋转轴的轴线平行，所述旋转被动齿轮的轴线和所述旋转传动齿轮的轴线相互垂直。

某一实施例中的导管驱动机构，所述旋转驱动模块包括旋转输出端齿轮、旋转传动齿轮和旋转驱动单元，所述旋转输出端齿轮与所述安装座和/或所述导向件固定连接，且所述旋转输出端齿轮的轴线与所述旋转轴的轴线位于同一直线上；

所述旋转传动齿轮与所述旋转输出端齿轮通过齿啮合连接，所述旋转驱动单元与所述旋转传动齿轮连接，用于驱动所述旋转传动齿轮转动；

所述第二直线传动齿轮套设并固定连接于一直线传动轴上，所述旋转传动齿轮套设并固定连接于一旋转传动轴上，所述第二直线传动齿轮的轴线、所述直线传动轴的轴线、所述旋转传动齿轮的轴线和所述旋转传动轴均位于同一直线上，所述直线传动轴套设于所述旋转传动轴或所述旋转传动轴套设于所述直线传动轴，实现所述直线传动轴与所述旋转传动轴转动连接。

某一实施例中的导管驱动机构，所述旋转驱动模块包括：

旋转输出端齿轮，所述旋转输出端齿轮与所述安装座和/或所述导向件固定连接，且所述旋转输出端齿轮的轴线与所述旋转轴的轴线位于同一直线上；

旋转传动齿轮，所述旋转传动齿轮与所述旋转输出端齿轮通过齿啮合连接；

第一旋转换向齿轮，与所述旋转传动齿轮同轴固定连接；

第二旋转换向齿轮，与所述第一旋转换向齿轮通过齿啮合连接，且所述第一旋转换向齿轮和所述第二旋转换向齿轮均为锥型齿轮；

旋转被动齿轮，与所述第二旋转换向齿轮通过一旋转换向轴实现同轴固定连接；

旋转主动齿轮和旋转驱动器，所述旋转主动齿轮与所述旋转被动齿轮通过齿啮合连接，所述旋转驱动器与所述旋转主动齿轮连接，用于驱动所述旋转主动齿轮；

所述直线被动齿轮和所述第二直线换向齿轮通过一直线换向轴实现同轴固定连接，所述直线换向轴套设于所述旋转换向轴或所述旋转换向轴套设于所述换向传动轴，实现所述直线换向轴与所述旋转换向轴转动连接。

某一实施例中的导管驱动机构，所述被动导轮通过移动部与所述安装座连接；

所述移动部包括：

滑槽，设于所述安装座上；

滑杆，设于所述滑槽内，且其长度方向与与被所述夹持部夹持的所述导管的轴线方向相交；

滑块，设于所述滑槽内，所述滑块套设于所述滑杆并与所述滑杆沿所述滑杆的长度方向滑动连接；所述被动导轮转动连接于所述滑块；

弹簧，套设于所述滑杆，并设于所述滑块和所述滑槽之间，用于将所述滑块推向所述主动导轮方向。

某一实施例中的导管驱动机构，所述滑杆的长度方向和被所述夹持部夹持的所述导管的轴向方向相互垂直。

某一实施例中的导管驱动机构，所述旋转驱动模块包括：

旋转输出端齿轮，所述旋转输出端齿轮与所述安装座和/或所述导向件固定连接，且所述旋转输出端齿轮的轴线与所述旋转轴的轴线位于同一直线上；

旋转传动齿轮，与所述旋转输出端齿轮通过齿啮合连接；

第一旋转换向齿轮，与所述旋转传动齿轮同轴固定连接；

第二旋转换向齿轮，与所述第一旋转换向齿轮通过齿啮合连接，且所述第一旋转换向齿轮和所述第二旋转换向齿轮均为锥型齿轮；

旋转被动齿轮，与所述第二旋转换向齿轮同轴固定连接；

旋转主动齿轮和旋转驱动器，所述旋转主动齿轮与所述旋转被动齿轮通过齿啮合连接，所述旋转驱动器与所述旋转主动齿轮连接，用于驱动所述旋转主动齿轮。

本发明的一种血管介入机器人，用于介入手术，包含如上述任意一种所述的导管驱动机构。

本发明的一种导管驱动方法，用于某一实施例中导管驱动机构，实现驱动所述导管进退或旋转或进退的同时旋转，所述导管驱动方法包括进退步骤、旋转步骤、进退和旋转同时进行的步骤；

所述进退步骤：

启动所述直线驱动器，不启动所述旋转驱动器，所述直线驱动器启动通过直线传动驱动所述直线输出端齿轮转动；

所述直线输出端齿轮转动驱动所述导轮齿轮转动，带动与所述主动导轮转动，所述主动导轮转动配合被所述动导轮依靠摩擦力驱动被所述主动导轮和所述被动导轮夹持的所述导管前进或后退，经所述导向槽引导使所述导管在所述导向槽沿其自身轴线前进或后退；

所述旋转步骤：

启动所述旋转驱动器，不启动所述直线驱动器，所述旋转驱动器启动通过旋转传动驱动所述旋转输出端齿轮转动；

所述旋转输出端齿轮转动驱动所述安装座和所述导向槽绕所述旋转输出端齿轮的轴线转动，从而带动所述导管旋转；

所述进退和旋转同时进行的步骤：

同时启动所述直线驱动器和所述旋转驱动器；

所述直线驱动器启动通过所述直线传动驱动所述直线输出端齿轮转动，进而驱动所述导轮齿轮转动，带动与所述主动导轮转动，所述主动导轮转动配合被所述动导轮依靠摩擦力驱动被所述主动导轮和所述被动导轮夹持的所述导管前进或后退，经所述导向槽引导使所述导管在所述导向槽沿其自身轴线前进或后退；

所述旋转驱动器启动通过所述旋转传动驱动所述旋转输出端齿轮转动，进而驱动所述安装座和所述导向槽绕所述旋转输出端齿轮的轴线转动，从而带动所述导管旋转；

其中，所述直线传动包括：

所述直线驱动器驱动所述直线主动齿轮转动；

所述直线主动齿轮转动驱动所述直线被动齿轮转动，带动所述第二直线换向齿轮转动；

所述第二直线换向齿轮转动驱动所述第一直线换向齿轮转动，带动所述第二直线传动齿轮转动；

所述第二直线传动齿轮转动驱动所述第一直线传动齿轮转动，带动所述直线输出端齿轮转动；

所述旋转传动包括：

所述旋转驱动器启动驱动所述旋转主动齿轮转动；

所述旋转主动齿轮转动驱动所述旋转被动齿轮转动，带动所述第二旋转换向齿轮转动；

所述第二旋转换向齿轮转动驱动所述第一旋转换向齿轮转动，带动所述旋转传动齿轮转动；

所述旋转传动齿轮转动驱动所述旋转输出端齿轮转动。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

在本发明中，夹持部夹持导管，被夹持导管的一端引入导向槽内，导向槽内的导管沿旋转轴的轴线滑动连接于导向槽内，因此，当直线驱动模块驱动主动导轮，主动导轮与被动导轮配合驱动导管移动时，由于导管被引入导向槽内与其滑动连接，且在导向槽内的导管的轴线与旋转轴的轴线位于同一直线上，因此导管最终会沿旋转轴的轴线在血管内前进或后退。而夹持部安装在安装座上，设有导向槽的导向件与安装座固连，因此旋转驱动模块驱动安装座和/或导向件绕旋转轴线旋转时，会带动导管绕旋转轴的轴线旋转。

导管的进退和旋转分别由直线驱动模块和旋转驱动模块驱动实现，两种运动方式、运动速度可以相互解耦、互不干扰，也可以同时进行。

因此，本发明提供的导管驱动机构、血管介入机器人及导管驱动方法能够远程操控导管在血管内的移动路线，使得医生无需长时间暴露在X射线下进行手术；同时，通过机械控制导管的进退、旋转，降低了对医生技术和经验的要求，节省了医生的体力，大大降低了人为因素对手术的影响，使得手术质量更稳定。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。

图1为本发明的一种导管驱动机构的结构示意图；

图2为本发明的驱动轴线和传动轴线的示意图；

图3为本发明的A-A剖面的结构示意图；

图4为本发明的夹持部和导管的结构示意图；

图5为本发明的夹持部和移动部在夹紧状态时的示意图；

图6为本发明的夹持部和移动部在松开状态时的示意图。

附图标记说明：

1：左直线驱动模块；101：直线主动齿轮；102：直线被动齿轮；103：第二直线换向齿轮；104：第一直线换向齿轮；105：第二直线传动齿轮；106：第一直线传动齿轮；107：直线输出端齿轮；108：左直线驱动轴；109：左直线传动轴；

2：右直线驱动模块；201：直线主动齿轮；202：直线被动齿轮；203：第二直线换向齿轮；204：第一直线换向齿轮；205：第二直线传动齿轮；206：第一直线传动齿轮；207：直线输出端齿轮；208：右直线驱动轴；209：右直线传动轴；

3：旋转驱动模块；301：旋转主动齿轮；302：旋转被动齿轮；303：第二旋转换向齿轮；304：第一旋转换向齿轮；305：旋转传动齿轮；306：旋转输出端齿轮；307：旋转驱动轴；308：旋转传动轴；

4：安装座；5：导向件；6：主动导轮；7：被动导轮；8：导轮齿轮；9：滚珠；10：导管；11：旋转轴；12：滑槽；13：滑块；14：弹簧。

其中，左直线驱动轴108、左直线传动轴109、右直线驱动轴208、右直线传动轴209、旋转驱动轴307和旋转传动轴308在图1中未标出，标出在图2中。

具体实施方式

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，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

实施例1

参看图1至图4，本实施例提供一种导管驱动机构，用于介入手术，具体用于驱动导管10沿旋转轴11的轴线移动和绕旋转轴11的轴线旋转。该导管驱动机构包括旋转轴11、安装座4、导向件5、直线驱动模块和旋转驱动模块3。安装座4套设于旋转轴11上并与其转动连接。安装座4上转动连接有夹持部，夹持部包括主动导轮6和被动导轮7，主动导轮6和被动导轮7分别与安装座4转动连接，主动导轮6和被动导轮7配合用于夹持导管10。

导向件5与安装座4固定连接，导向件5上设有导向槽，由夹持部夹持的导管10的一端引至导管槽内，且导管10滑动连接于导向槽内。位于导向槽内的导管10的轴线与旋转轴11的轴线位于同一直线上。

直线驱动模块与主动导轮6连接，用于驱动主动导轮6转动，主动导轮6转动配合被动导轮7驱动导管10移动，通过导向槽的作用使导管10沿旋转轴11的轴线前进或后退。

旋转驱动模块3与安装座4和/或导向件5连接，用于驱动与旋转驱动模块3连接的安装座4和/或导向件5绕旋转轴11的轴线旋转，带动导管10绕旋转轴11的轴线旋转。

夹持部夹持导管10，被夹持导管的一端引入导向槽内，导向槽内的导管10沿旋转轴11的轴线滑动连接于导向槽内，因此，当直线驱动模块驱动主动导轮6，主动导轮6与被动导轮7配合驱动导管10移动时，由于导管10被引入导向槽内与其滑动连接，且在导向槽内的导管10的轴线与旋转轴11的轴线位于同一直线上，因此导管10最终会沿旋转轴11的轴线在血管内前进或后退。而夹持部安装在安装座4上，设有导向槽的导向件5与安装座4固连，因此旋转驱动模块驱动安装座4和/或导向件5绕旋转轴11线旋转时，会带动导管10绕旋转轴11的轴线旋转。

导管10的进退和旋转分别由直线驱动模块和旋转驱动模块3驱动实现，两种运动方式、运动速度可以相互解耦、互不干扰，也可以同时进行。导管10伸入血管，由夹持部和导向件5带动实现在血管内的前进、后退、旋转、前进的同时旋转、后退的同时旋转，从而实现导管10在血管内沿指定路线移动。

因此，本实施例提供的导管驱动机构能够远程操控导管10在血管内的移动路线，使得医生无需长时间暴露在X射线下进行手术；同时，通过机械控制导管10的进退、旋转，降低了对医生技术和经验的要求，节省了医生的体力，大大降低了人为因素对手术的影响，使得手术质量更稳定。

具体的控制方法为：

进退步骤：直线驱动模块启动、旋转驱动模块3不启动，直线驱动模块驱动主动导轮6转动，主动导轮6转动配合被动导轮7驱动导管10移动，通过导向槽的作用使导管10沿旋转轴11的轴向方向前进或后退；

旋转步骤：旋转驱动模块3启动、直线驱动模块不启动，旋转驱动模块3驱动与其连接的安装座4和/或导向件5绕旋转轴11的轴线旋转，带动导管10绕旋转轴11的轴线旋转；

进退和旋转同时进行的步骤：直线驱动模块和旋转驱动模块3同时启动，直线驱动模块使导管10沿旋转轴11的轴向方向前进或后退，旋转驱动模块3使导管10绕旋转轴11的轴线旋转，从而实现导管10在前进的同时旋转或在后退的同时旋转。

现对本实施例的结构进行说明。

导管驱动机构可以包含一个导向件5或两个导向件5，当只包含一个导向件5时，导向件5设置在被夹持导管10的两端中靠近血管的一端；当包含两个导向件5时，两个导向件5分别位于安装座7在旋转轴11轴线方向上的两侧，由夹持部夹持的导管10的两端分别引至两个导向件5的导向槽内。

主动导轮6通过连杆与安装座4转动连接。连杆穿设安装座4并与安装座4转动连接，连杆的一端与主动导轮6连接，另一端设有导轮齿轮8，主动导轮6、导轮齿轮8和连杆的轴线位于同一直线上。

直线驱动模块包括直线输出端齿轮107、207和直线驱动部，直线输出端齿轮107、207套设于旋转轴11并与旋转轴11转动连接，直线输出端齿轮107、207和导轮齿轮8均为锥形齿轮，直线输出端齿轮107、207和导轮齿轮8通过齿啮合连接。直线驱动部与直线输出端齿轮107、207连接，用于驱动直线输出端齿轮107、207转动。

具体的，直线驱动部可以包括第一直线传动齿轮106、206、第二直线传动齿轮105、205和直线驱动单元，第一直线传动齿轮106、206套设于旋转轴11并与旋转轴11转动连接，同时，第一直线传动齿轮106、206与直线输出端齿轮107、207固定连接。第二直线传动齿轮105、205与第一直线传动齿轮106、206啮合连接，直线驱动单元与第二直线传动齿轮105、205连接，用于驱动第二直线传动齿轮105、205转动。

进一步地，直线驱动单元可以包括第一直线换向齿轮104、204、第二直线换向齿轮103、203、直线被动齿轮102、202、直线主动齿轮101、201和直线驱动器。第一直线换向齿轮104、204与第二直线传动齿轮105、205同轴固定连接。第二直线换向齿轮103、203与第一直线换向齿轮104、204通过齿啮合连接，且第一直线换向齿轮104、204和第二直线换向齿轮103、203均为锥型齿轮。

直线被动齿轮102、202与第二直线换向齿轮103、203同轴固定连接，直线主动齿轮101、201与直线被动齿轮102、202通过齿啮合连接，直线驱动器与直线主动齿轮101、201连接，用于驱动直线主动齿轮101、201。其中，在本实施例中直线驱动器选用电机，在其他实施例中，直线驱动器的选择不做限制。在本实施例的附图中，直线驱动器未画出。

进一步地，在本实施例中，可以设置两个夹持部和两个直线驱动模块，两个直线驱动模块分别用于驱动两个夹持部，两个夹持部沿旋转轴11的轴线方向排列。设置两个夹持部有利于驱动导管10移动时的稳定。

旋转驱动模块3包括旋转输出端齿轮306和旋转驱动部，旋转输出端齿轮306与安装座4和/或导向件5固定连接，且旋转输出端齿轮306的轴线与旋转轴11的轴线位于同一直线上。具体在本实施例中，旋转输出端齿轮306与在被夹持导管两端中远离血管一端的导向件5固定连接。旋转驱动部与旋转输出端齿轮306连接，用于驱动旋转输出端齿轮306转动，带动与旋转输出端齿轮306连接的导向件5转动，进而带动导管10绕旋转轴11的轴线旋转。

具体，旋转驱动部包括旋转传动齿轮305和旋转驱动单元。旋转传动齿轮305与旋转输出端齿轮306通过齿啮合连接，旋转驱动单元与旋转传动齿轮305连接，用于驱动旋转传动齿轮305转动。

进一步地，旋转驱动单元可以包括第一旋转换向齿轮304、第二旋转换向齿轮303、旋转被动齿轮302、旋转主动齿轮301和旋转驱动器。第一旋转换向齿轮304与旋转传动齿轮305同轴固定连接。第二旋转换向齿轮303与第一旋转换向齿轮304通过齿啮合连接，且第一旋转换向齿轮304和第二旋转换向齿轮303均为锥型齿轮。

旋转被动齿轮302与第二旋转换向齿轮303同轴固定连接。旋转主动齿轮301与旋转被动齿轮302通过齿啮合连接，旋转驱动器与旋转主动齿轮301连接，用于驱动旋转主动齿轮301。其中，在本实施例中旋转驱动器选用电机，在其他实施例中，旋转驱动器的选择不做限制。在本实施例的附图中，旋转驱动器未画出。

综上，本实施例包括两个直线驱动模块和一个旋转驱动模块3，两个直线驱动模块可以分为左直线驱动模块1和右直线驱动模块2。每一直线驱动模块包括直线驱动器、直线主动齿轮101、201、直线被动齿轮102、202、第二直线换向齿轮103、203、第一直线换向齿轮104、204、第二直线传动齿轮105、205、第一直线传动齿轮106、206和直线输出端齿轮107、207。旋转驱动模块3包括旋转驱动器、旋转主动齿轮301、旋转被动齿轮302、第二旋转换向齿轮303、第一旋转换向齿轮304、旋转传动齿轮305和旋转输出端齿轮306。

为进一步节省空间，可设置直线驱动轴、直线传动轴、旋转驱动轴307和旋转传动轴308。为对应左直线驱动模块1和右直线驱动模块2，直线驱动轴分别对应包括左直线驱动轴108和右直线驱动轴208，直线传动轴分别对应包括左直线传动轴109和右直线传动轴209。

左直线驱动模块1中的直线被动齿轮102和第二直线换向齿轮103通过左直线驱动轴108实现同轴固定连接，具体，直线被动齿轮102和第二直线换向齿轮103分别套设固定连接在左直线驱动轴108上，且三者的轴线位于同一直线上。右直线驱动模块2中的直线被动齿轮202和第二直线换向齿轮203通过右直线驱动轴208实现同轴固定连接，具体，直线被动齿轮202和第二直线换向齿轮203分别套设固定连接在右直线驱动轴208上，且三者的轴线位于同一直线上。旋转驱动模块3中的旋转被动齿轮302和第二旋转换向齿轮303通过旋转驱动轴307实现同轴固定连接，具体，旋转被动齿轮302和第二旋转换向齿轮303分别套设在旋转驱动轴307上，且三者的轴线位于同一直线上。左直线驱动轴108、右直线驱动轴208和旋转驱动轴307依次套设，使左直线驱动轴108、右直线驱动轴208和旋转驱动轴307能够相互转动且互不干扰；且三者的轴线位于同一直线上。其中，左直线驱动轴108、右直线驱动轴208和旋转驱动轴307的套设顺序不做限制。在本实施例中，从里到外依次套设的顺序为旋转驱动轴307、右直线驱动轴208、左直线驱动轴108。

左直线驱动模块1中的第一直线换向齿轮104和第二直线传动齿轮105通过左直线传动轴109实现同轴固定连接，具体，第一直线换向齿轮104和第二直线传动齿轮105分别套设固定连接在左直线传动轴109上，且三者的轴线位于同一直线上。右直线驱动模块2中的第一直线换向齿轮204和第二直线传动齿轮205通过右直线传动轴209实现固定连接，具体，第一直线换向齿轮204和第二直线传动齿轮205分别套设固定连接在右直线传动轴209上，且三者的轴线位于同一直线上。旋转驱动模块3中的第一旋转换向齿轮304和旋转传动齿轮305通过旋转传动轴308实现同轴固定连接，具体，第一旋转换向齿轮304和旋转传动齿轮305分别套固定连接在旋转传动轴308上，且三者的轴线位于同一直线上。左直线传动轴109、右直线传动轴209和旋转传动轴308依次套设，使左直线传动轴109、右直线传动轴209和旋转传动轴308能够相互转动且互不干扰；且三者的轴线位于同一直线上。其中，左直线传动轴109、右直线传动轴209和旋转传动轴308的套设顺序不做限制。在本实施例中，从里到外依次套设的顺序为旋转传动轴308、右直线传动轴209、左直线传动轴109。

左直线驱动轴108、右直线驱动轴208、旋转驱动轴307、左直线传动轴109、右直线传动轴209、旋转传动轴308，六者中具有转动连接关系的轴之间可以通过加装滚珠9实现滚动摩擦，减少阻力；为方便生产，可以将滚珠9更换成石墨涂层，减小转动摩擦阻力。

两个直线驱动模块中的第一直线传动齿轮106、206、直线输出端齿轮107、207，以及旋转驱动模块3中的旋转输出端齿轮306，这五个齿轮的轴线均与旋转轴11的轴线位于同一直线上。

进一步地，左直线传动轴109、右直线传动轴209和旋转传动轴308三者的轴线与旋转轴11的轴线平行，左直线传动轴109、右直线传动轴209和旋转传动轴308三者的轴线与左直线驱动轴108、右直线驱动轴208和旋转驱动轴307三者的轴线垂直。

在本实施例中，由于在实际情况，大多数时候的直线驱动器和旋转驱动器的输出端轴线与旋转轴11的轴线都不是平行设置，而是具有较大角度；其中，大多数情况下的角度为90度。因此，直线驱动器和旋转驱动器均需要通过一系列的传动结构从而驱动直线输出端齿轮107、207和旋转输出端齿轮306。所以，需要设置左直线驱动轴108、右直线驱动轴208、旋转驱动轴307以及这些轴上的齿轮，以实现换向。

而若取消左直线传动轴109、右直线传动轴209、旋转传动轴308以及这些轴上的齿轮，那么为了适应左直线驱动轴108、右直线驱动轴208、旋转驱动轴307这三个轴上的齿轮，轴线与旋转轴11轴线位于同一直线上的齿轮的半径就会相比于本实施例中的大。因此，就会需要避让导管10，而避让导管10就得在轴线与旋转轴11轴线位于同一直线上的较大的齿轮上开设缝隙，以安置导管10，该工程的难度和生产成本均比设置左直线传动轴109、右直线传动轴209、旋转传动轴308以及这些轴上的齿轮来的大。因此在本实施例中设置左直线传动轴109、右直线传动轴209、旋转传动轴308以及这些轴上的齿轮。

本实施例提供的导管驱动机构，其驱动导管10的方法为：

导管10进退：驱动直线驱动器，不启动旋转驱动器。直线驱动器驱动直线主动齿轮101、201转动，通过啮合，直线被动齿轮102、202转动；由于直线被动齿轮102、202和第二直线换向齿轮103、203同轴固定连接，因此第二直线换向齿轮103、203转动，通过啮合，第一直线换向齿轮104、204转动；由于第一直线换向齿轮104、204和第二直线传送齿轮同轴固定连接，因此第二直线传送齿轮转动，通过啮合，第一直线传动齿轮106、206转动；由于第一直线传动齿轮106、206和直线输出端齿轮107、207同轴固定连接，因此直线输出端齿轮107、207转动，通过啮合，导轮齿轮8传动，通过连杆使主动导轮6转动，主动导轮6转动配合被动导轮7驱动导管10移动。由于导向槽的引导作用，使导管10沿旋转轴11的轴线方向前进或后退。

导管10旋转：驱动旋转驱动器，不启动轴线驱动器。旋转驱动器驱动旋转主动齿轮301转动，通过啮合，旋转被动齿轮302转动；由于旋转被动齿轮302和第二旋转换向齿轮303同轴固定连接，因此第二旋转换向齿轮303转动，通过啮合，第一旋转换向齿轮304转动；由于第一旋转换向齿轮304和旋转传送齿轮同轴固定连接，因此旋转传送齿轮转动，通过啮合，旋转输出端齿轮306绕旋转轴11线转动。由于旋转输出端齿轮306与导向件5、安装座4相互固定，夹持部夹持导管10安装在安装座4上，因此带动导向件5、安装座4和夹持部绕旋转轴11的轴线转动，最终实现导管10绕旋转轴11的轴线旋转。但由于本实施例的具体结构设置，导管10只能实现有限角度的旋转，无法实现360度以及向一个方向一直旋转多圈。

导管10的进退和旋转同时进行：由于本实施例控制导管10进退和控制导管10旋转的结构，相互之间没有影响。因此只需在同一时间分别控制导管10进退和旋转即可实现导管10在进退的同时旋转。即同时启动直线驱动器和旋转驱动器。

因此。本实施例提供的导管驱动机构，可实现导管10的自动进退、旋转，且两种运动相互独立，互不干扰。通过电机控制，可以自动地、精确地使导管10在血管内完成相应动作。

实施例2

参看图5和图6，由于实施例1中提供的导管驱动机构，其主动导轮6和被动导轮7与安装座4之间只能进行绕其自身轴线的转动，没有其他自由度，因此导管10在放入主动导轮6和被动导轮7之间、被主动导轮6和被动导轮7夹持的过程，在操作时不方便，同时还有可能对导管10造成损伤。

而本实施例基于实施例1提供一种导管驱动机构，其修改了夹持部与安装座4之间的连接关系，使得主动导轮6和被动导轮7轮能够相对安装座4发生相对位移，从而做出夹紧和松开的动作。

具体在本实施例中，被动导轮7通过移动部与安装座4连接，从而实现主动导轮6和被动导轮7做出夹紧和松开的动作；在其他实施例中，还可以采用其他方式实现，此处不做限制。

移动部包括滑槽12、滑杆、滑块13和弹簧14。滑槽12设置在安装座4的表面。滑杆设置在滑槽12内，且其长度方向与被夹持部夹持的导管10的轴线方向相交。滑块13设置在滑槽12内，且滑块13套设在滑杆上并与滑杆沿滑杆的长度方向滑动连接。弹簧14套设在滑杆上，并设于滑块13和滑槽12之间，用于将滑块13推向主动导轮6方向。

进一步地，可在滑块13上设置滑块13移动方向的指向箭头。

被动导轮7转动连接在滑块13上。夹紧状态时，如图5所示，在弹簧14推力的作用下，滑块13被推向主动导轮6方向，带动滑块13上的被动导轮7处于夹持导管10状态时的位置。松开状态时，如图6所示，推动滑块13克服弹簧14的阻力向远离主动导轮6的方向(即指向箭头)移动，带动滑块13上的被动导轮7远离主动导轮6，使得主动导轮6和被动导轮7之间的间隙变大，方便安装导管10。

进一步地，滑杆的长度方向可以和被夹持部夹持部分的导管10的轴向方向相互垂直。

当包含两个直线驱动模块时，对应会有两个夹持部，则会有两个被动导轮7。两个被动导轮7可以安装在一个滑块13上，则此时安装座4上就只设有一个滑槽12，而滑杆和弹簧14可以对应分别设置两个；也可以两个被动导轮7分别安装在两个滑块13上，即对应在安装座4设有两个移动部，两个移动部分别包括滑槽12、滑块13、滑杆和弹簧14。此处根据实际情况自行选择，不做限制。

实施例3

本实施例提供一种血管介入机器人，用于血管介入手术，其设有如实施例1或实施例2中任意一种导管驱动机构。本实施例提供的血管介入机器人能够远程操控导管10在血管内的移动路线，使得医生无需长时间暴露在X射线下进行手术；同时，通过机械控制导管10的进退、旋转，降低了对医生技术和经验的要求，节省了医生的体力，大大降低了人为因素对手术的影响，使得手术质量更稳定。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (18)

1.一种导管驱动机构，用于介入手术，其特征在于，包括：

旋转轴；

安装座，套设于所述旋转轴上并与所述旋转轴转动连接；所述安装座上转动连接有夹持部，所述夹持部包括主动导轮和被动导轮，所述主动导轮和所述被动导轮分别与所述安装座转动连接，所述主动导轮和被动导轮用于夹持导管；

导向件，与所述安装座固定连接；所述导向件上设有导向槽，由所述夹持部夹持的所述导管的一端引至所述导向槽内，且所述导管滑动连接于所述导向槽内，位于所述导向槽内的所述导管的轴线与所述旋转轴的轴线位于同一直线上；

直线驱动模块，与所述主动导轮连接，用于驱动所述主动导轮转动，所述主动导轮转动配合所述被动导轮驱动所述导管移动，通过所述导向槽的作用使所述导管沿所述旋转轴的轴线方向前进或后退；

旋转驱动模块，与所述安装座和/或所述导向件连接，用于驱动与所述旋转驱动模块连接的所述安装座和/或所述导向件绕所述旋转轴的轴线旋转，带动所述导管绕所述旋转轴的轴线旋转；

所述导管伸入血管，由所述夹持部和所述导向件带动，实现在血管内的前进、后退、旋转、前进的同时旋转、后退的同时旋转，从而实现所述导管在血管内沿指定路线移动。

2.根据权利要求1所述的导管驱动机构，其特征在于，包含两个所述导向件，两个所述导向件分别位于所述安装座在所述旋转轴轴线方向上的两侧，由所述夹持部夹持的所述导管的两端分别引至两个所述导向件的所述导向槽内。

3.根据权利要求1所述的导管驱动机构，其特征在于，所述主动导轮通过连杆与所述安装座转动连接；

所述连杆穿设所述安装座并与所述安装座转动连接，所述连杆的一端与所述主动导轮固定连接，另一端固连有导轮齿轮，所述主动导轮、所述导轮齿轮和所述连杆的轴线位于同一直线上；

所述直线驱动模块包括直线输出端齿轮和直线驱动部，所述直线输出端齿轮套设于所述旋转轴并与所述旋转轴转动连接，所述直线输出端齿轮和所述导轮齿轮均为锥形齿轮，所述直线输出端齿轮和所述导轮齿轮通过齿啮合连接；

所述直线驱动部与所述直线输出端齿轮连接，用于驱动所述直线输出端齿轮转动。

4.根据权利要求3所述的导管驱动机构，其特征在于，所述直线驱动部包括第一直线传动齿轮、第二直线传动齿轮和直线驱动单元；

所述第一直线传动齿轮套设于所述旋转轴并与所述旋转轴转动连接，且所述第一直线传动齿轮和所述直线输出端齿轮固定连接；

所述第二直线传动齿轮与所述第一直线传动齿轮通过齿啮合连接；

所述直线驱动单元与所述第二直线传动齿轮连接，用于驱动所述第二直线传动齿轮转动。

5.根据权利要求4所述的导管驱动机构，其特征在于，所述直线驱动单元包括：

第一直线换向齿轮，与所述第二直线传动齿轮同轴固定连接；

第二直线换向齿轮，与所述第一直线换向齿轮通过齿啮合连接，且所述第一直线换向齿轮和所述第二直线换向齿轮均为锥型齿轮；

直线被动齿轮，与所述第二直线换向齿轮同轴固定连接；

直线主动齿轮和直线驱动器，所述直线主动齿轮与所述直线被动齿轮通过齿啮合连接，所述直线驱动器与所述直线主动齿轮连接，用于驱动所述直线主动齿轮。

6.根据权利要求5所述的导管驱动机构，其特征在于，所述第二直线传动齿轮的轴线与所述旋转轴的轴线平行，所述直线被动齿轮的轴线和所述第二直线传动齿轮的轴线相互垂直。

7.根据权利要求1所述的导管驱动机构，其特征在于，设有两个夹持部和两个直线驱动模块，两个直线驱动模块分别用于驱动两个所述夹持部；两个所述夹持部沿所述旋转轴的轴线方向排列。

8.根据权利要求1所述的导管驱动机构，其特征在于，所述旋转驱动模块包括旋转输出端齿轮和旋转驱动部，所述旋转输出端齿轮与所述安装座和/或所述导向件固定连接，且所述旋转输出端齿轮的轴线与所述旋转轴的轴线位于同一直线上；

所述旋转驱动部与所述旋转输出端齿轮连接，用于驱动所述旋转输出端齿轮转动，带动与所述旋转输出端齿轮连接的所述安装座和/或所述导向件转动，进而带动所述导管绕所述旋转轴的轴线旋转。

9.根据权利要求8所述的导管驱动机构，其特征在于，所述旋转驱动部包括旋转传动齿轮和旋转驱动单元；

所述旋转传动齿轮与所述旋转输出端齿轮通过齿啮合连接；

所述旋转驱动单元与所述旋转传动齿轮连接，用于驱动所述旋转传动齿轮转动。

10.根据权利要求9所述的导管驱动机构，其特征在于，所述旋转驱动单元包括：

第一旋转换向齿轮，与所述旋转传动齿轮同轴固定连接；

第二旋转换向齿轮，与所述第一旋转换向齿轮通过齿啮合连接，且所述第一旋转换向齿轮和所述第二旋转换向齿轮均为锥型齿轮；

旋转被动齿轮，与所述第二旋转换向齿轮同轴固定连接；

旋转主动齿轮和旋转驱动器，所述旋转主动齿轮与所述旋转被动齿轮通过齿啮合连接，所述旋转驱动器与所述旋转主动齿轮连接，用于驱动所述旋转主动齿轮。

11.根据权利要求10所述的导管驱动机构，其特征在于，所述旋转传动齿轮的轴线与所述旋转轴的轴线平行，所述旋转被动齿轮的轴线和所述旋转传动齿轮的轴线相互垂直。

12.根据权利要求4所述的导管驱动机构，其特征在于，所述旋转驱动模块包括旋转输出端齿轮、旋转传动齿轮和旋转驱动单元，所述旋转输出端齿轮与所述安装座和/或所述导向件固定连接，且所述旋转输出端齿轮的轴线与所述旋转轴的轴线位于同一直线上；

所述旋转传动齿轮与所述旋转输出端齿轮通过齿啮合连接，所述旋转驱动单元与所述旋转传动齿轮连接，用于驱动所述旋转传动齿轮转动；

所述第二直线传动齿轮套设并固定连接于一直线传动轴上，所述旋转传动齿轮套设并固定连接于一旋转传动轴上，所述第二直线传动齿轮的轴线、所述直线传动轴的轴线、所述旋转传动齿轮的轴线和所述旋转传动轴均位于同一直线上，所述直线传动轴套设于所述旋转传动轴或所述旋转传动轴套设于所述直线传动轴，实现所述直线传动轴与所述旋转传动轴转动连接。

13.根据权利要求5所述的导管驱动机构，其特征在于，所述旋转驱动模块包括：

旋转输出端齿轮，所述旋转输出端齿轮与所述安装座和/或所述导向件固定连接，且所述旋转输出端齿轮的轴线与所述旋转轴的轴线位于同一直线上；

旋转传动齿轮，所述旋转传动齿轮与所述旋转输出端齿轮通过齿啮合连接；

第一旋转换向齿轮，与所述旋转传动齿轮同轴固定连接；

第二旋转换向齿轮，与所述第一旋转换向齿轮通过齿啮合连接，且所述第一旋转换向齿轮和所述第二旋转换向齿轮均为锥型齿轮；

旋转被动齿轮，与所述第二旋转换向齿轮通过一旋转换向轴实现同轴固定连接；

旋转主动齿轮和旋转驱动器，所述旋转主动齿轮与所述旋转被动齿轮通过齿啮合连接，所述旋转驱动器与所述旋转主动齿轮连接，用于驱动所述旋转主动齿轮；

所述直线被动齿轮和所述第二直线换向齿轮通过一直线换向轴实现同轴固定连接，所述直线换向轴套设于所述旋转换向轴或所述旋转换向轴套设于所述换向传动轴，实现所述直线换向轴与所述旋转换向轴转动连接。

14.根据权利要求1所述的导管驱动机构，其特征在于，所述被动导轮通过移动部与所述安装座连接；

所述移动部包括：

滑槽，设于所述安装座上；

滑杆，设于所述滑槽内，且其长度方向与与被所述夹持部夹持的所述导管的轴线方向相交；

滑块，设于所述滑槽内，所述滑块套设于所述滑杆并与所述滑杆沿所述滑杆的长度方向滑动连接；所述被动导轮转动连接于所述滑块；

弹簧，套设于所述滑杆，并设于所述滑块和所述滑槽之间，用于将所述滑块推向所述主动导轮方向。

15.根据权利要求14所述的导管驱动机构，其特征在于，所述滑杆的长度方向和被所述夹持部夹持的所述导管的轴向方向相互垂直。

16.根据权利要求5所述的导管驱动机构，其特征在于，所述旋转驱动模块包括：

旋转输出端齿轮，所述旋转输出端齿轮与所述安装座和/或所述导向件固定连接，且所述旋转输出端齿轮的轴线与所述旋转轴的轴线位于同一直线上；

旋转传动齿轮，与所述旋转输出端齿轮通过齿啮合连接；

第一旋转换向齿轮，与所述旋转传动齿轮同轴固定连接；

第二旋转换向齿轮，与所述第一旋转换向齿轮通过齿啮合连接，且所述第一旋转换向齿轮和所述第二旋转换向齿轮均为锥型齿轮；

旋转被动齿轮，与所述第二旋转换向齿轮同轴固定连接；

旋转主动齿轮和旋转驱动器，所述旋转主动齿轮与所述旋转被动齿轮通过齿啮合连接，所述旋转驱动器与所述旋转主动齿轮连接，用于驱动所述旋转主动齿轮。

17.一种血管介入机器人，其特征在于，用于介入手术，包含如权利要求1至16任意一项所述的导管驱动机构。

18.一种导管驱动方法，其特征在于，用于如权利要求16所述的导管驱动机构，实现驱动所述导管进退或旋转或进退的同时旋转，所述导管驱动方法包括进退步骤、旋转步骤、进退和旋转同时进行的步骤；

所述进退步骤：

启动所述直线驱动器，不启动所述旋转驱动器，所述直线驱动器启动通过直线传动驱动所述直线输出端齿轮转动；

所述直线输出端齿轮转动驱动所述导轮齿轮转动，带动与所述主动导轮转动，所述主动导轮转动配合被所述动导轮依靠摩擦力驱动被所述主动导轮和所述被动导轮夹持的所述导管前进或后退，经所述导向槽引导使所述导管在所述导向槽沿其自身轴线前进或后退；

所述旋转步骤：

启动所述旋转驱动器，不启动所述直线驱动器，所述旋转驱动器启动通过旋转传动驱动所述旋转输出端齿轮转动；

所述旋转输出端齿轮转动驱动所述安装座和所述导向槽绕所述旋转输出端齿轮的轴线转动，从而带动所述导管旋转；

所述进退和旋转同时进行的步骤：

同时启动所述直线驱动器和所述旋转驱动器；

所述直线驱动器启动通过所述直线传动驱动所述直线输出端齿轮转动，进而驱动所述导轮齿轮转动，带动与所述主动导轮转动，所述主动导轮转动配合被所述动导轮依靠摩擦力驱动被所述主动导轮和所述被动导轮夹持的所述导管前进或后退，经所述导向槽引导使所述导管在所述导向槽沿其自身轴线前进或后退；

所述旋转驱动器启动通过所述旋转传动驱动所述旋转输出端齿轮转动，进而驱动所述安装座和所述导向槽绕所述旋转输出端齿轮的轴线转动，从而带动所述导管旋转；

其中，所述直线传动包括：

所述直线驱动器驱动所述直线主动齿轮转动；

所述直线主动齿轮转动驱动所述直线被动齿轮转动，带动所述第二直线换向齿轮转动；

所述第二直线换向齿轮转动驱动所述第一直线换向齿轮转动，带动所述第二直线传动齿轮转动；

所述第二直线传动齿轮转动驱动所述第一直线传动齿轮转动，带动所述直线输出端齿轮转动；

所述旋转传动包括：

所述旋转驱动器启动驱动所述旋转主动齿轮转动；

所述旋转主动齿轮转动驱动所述旋转被动齿轮转动，带动所述第二旋转换向齿轮转动；

所述第二旋转换向齿轮转动驱动所述第一旋转换向齿轮转动，带动所述旋转传动齿轮转动；

所述旋转传动齿轮转动驱动所述旋转输出端齿轮转动。

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