CN113729965B - 一种介入手术机器人主端控制装置 - Google Patents
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Abstract
一种介入手术机器人主端控制装置，用于和从端机器人配合，从端机器人接收主端控制装置的操作信息并执行相应动作，其包括机架及安装于机架上的主端操作器，所述主端操作器包括轴向位移的操作杆及力反馈装置，所述力反馈装置包括联动块及阻尼器，所述联动块与操作杆活动连接，并且联动块与阻尼器配合，在所述操作杆轴向位移前进过程中，所述阻尼器根据从端机器人的递送阻力信息调整阻尼力大小并通过联动块反馈给操作杆。本发明实现介入手术机器人主端控制装置的力反馈，增加临场感，提高手术安全，实用性强，具有较强的推广意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种医疗器械机器人领域装置，尤其涉及一种介入手术机器人主端控制装置。
背景技术
对于血管介入手术中医生需要长期接收X射线的辐射，为了工程上开发了远隔操作的主从式血管介入手术机器人。主从式血管介入手术机器人可以在强烈辐射的环境下工作，使得医生则在射线环境之外对其控制。目前，介入手术机器人的控制方式有两种，一种是触摸屏，另外一种是操作手柄。操作手柄一方面对手术机器人发布操作命令，例如导丝的进退、转动等，另外一方面需要将导丝导管遇到的阻力反馈到操作者的手上，从而使其能够产生临场感，就好像操作者用自己的手在操作导管一样。但目前的操作受设计结构的影响，在精度及力反馈上存在一定误差，给操作者带来困扰。
发明内容
基于此，有必要针对现有技术中的不足，提供一种新型的介入手术机器人主端控制装置。
一种介入手术机器人主端控制装置，用于和从端机器人配合，从端机器人接收主端控制装置的操作信息并执行相应动作，其包括机架及安装于机架上的主端操作器，所述主端操作器包括轴向位移的操作杆及力反馈装置，所述力反馈装置包括联动块及阻尼器，所述联动块与操作杆连接，并且联动块与阻尼器配合，在所述操作杆轴向位移前进过程中，所述阻尼器根据从端机器人的递送阻力信息调整阻尼力大小并通过联动块反馈给操作杆。
进一步地，所述阻尼器上连接一齿轮，所述联动块上设有一齿条，所述阻尼器通过齿轮啮合在齿条上。
进一步地，所述主端操作器还包括一回位电机，所述回位电机上连接一齿轮，连接回位电机的齿轮与连接阻尼器上的齿轮相互啮合。
进一步地，所述联动块底部设有滑块，所述机架上设有导轨，所述滑块沿所述操作杆的轴向位移方向滑设于导轨上。
进一步地，所述机架上间隔地设有支撑部和限位座、架设在所述支撑部和限位座上的杆芯，所述操作杆穿设于所述杆芯并绕所述杆芯的轴心转动及滑动位移。
进一步地，所述支撑部上安装轴承，所述轴承包括内圈及外圈，所述杆芯和操作杆均穿过所述内圈且所述操作杆和内圈一起绕所述杆芯的轴心转动。
进一步地，所述轴承于内圈的内壁设有限位槽，所述操作杆的外周设有导向条，所述操作杆从轴承的内圈穿过，操作杆的导向条卡设于限位槽内，使操作杆相对于轴承沿杆芯的轴心独立滑动位移且操作杆带动轴承的内圈同步转动。
进一步地，所述主端操作器还包括角度检测装置，所述角度检测装置为旋转编码器，所述旋转编码器设有安装在轴承的内圈上的码盘。
进一步地，所述限位座在圆周及位移方向对所述杆芯进行限位。
进一步地，所述操作杆靠联动块的一端设有环形分布的转槽，所述联动块上设有连接头，所述连接头套设于转槽内，从而使操作杆相对于联动块绕杆芯的轴心独立转动，并且操作杆与联动块同步滑动位移。
进一步地，所述主端操作器还包括位移检测装置，所述位移检测装置为水平编码器，所述水平编码器设有码盘，所述水平编码器的码盘装设于联动块上。
进一步地，所述主端操作器的数量为两组，所述机架上对称地设有两支撑部、位于所述两支撑部之间的限位座、架设在所述两支撑部和限位座上的两杆芯，所述两主端操作器的操作杆分别穿设于所述两杆芯并绕相应杆芯的轴心转动及滑动位移。
进一步地，所述阻尼器为电磁阻尼器。
综上所述，本发明介入手术机器人主端控制装置通过设置阻尼器，所述阻尼器提供对操作杆位移方向进行限位的阻尼力，并且阻尼器的阻尼力大小根据从端机器人递送导丝导管所受到的阻力大小进行相应调整，实现主端操作手柄的力反馈，增加临场感，提高手术安全，实用性强，具有较强的推广意义。
附图说明
图1为本发明介入手术机器人主端控制装置的结构示意图；
图2为图1所示介入手术机器人主端控制装置另一角度的结构示意图；
图3为本发明介入手术机器人主端控制装置与从端机器人配合时的工作原理图。
具体实施方式
为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释发明，并不用于限定发明。
如图1至图3所示，本发明提供一种介入手术机器人主端控制装置，用于和从端机器人200配合，从端机器人200接收主端控制装置的操作信息，并执行相应动作，从端机器人200将导丝导管的递送阻力反馈给介入手术机器人主端控制装置，所述介入手术机器人主端控制装置包括机架10及装设于机架10上的两主端操作器100，两主端操作器100在机架10上呈镜像对称设置，方便操作者进行双手操控。
每一所述主端操作器100包括装设于机架10上的操作杆20、角度检测装置30、力反馈装置50、以及位移检测装置40。所述角度检测装置30及位移检测装置40分别检测操作杆20的转动角度及位移距离，并且所述角度检测装置30、以及位移检测装置40将检测的信息反馈给从端机器人200。所述力反馈装置50包括联动块70及阻尼器60，所述联动块70与操作杆20转动连接，在所述操作杆20轴向位移前进过程中，根据从端机器人200所检测到的递送阻力信息，所述阻尼器60调整阻尼力大小并通过联动块70反馈给操作杆20。本实施例中，所述阻尼器60采用电磁阻尼器，减少阻尼器内部摩擦，增加产品的使用寿命，所述联动块70呈L形设置。
所述角度检测装置30为旋转编码器，所述旋转编码器设有码盘31及读数头32。所述位移检测装置40为水平编码器，所述水平编码器设有码盘41及读数头42，所述水平编码器的码盘41装设于联动块70上，水平编码器的读数头42装设于机架10上。在其它实施例中，所述位移检测装置40也可以采用光栅传感器、磁栅传感器或者是其它具有移动距离测量功能的装置。
所述机架10设有一杆芯11，所述操作杆20可以沿杆芯11的轴心转动及滑动。所述操作杆20包括调位帽21及连接于调位帽21一端的调位杆22，所述调位帽21及调位杆22均穿设于所述杆芯11并沿杆芯11的轴心转动及滑动位移。所述调位杆22靠联动块70的一端设有环形分布的转槽222，所述联动块70上设有连接头71，所述连接头71套设于转槽222内，从而使操作杆20可以相对于联动块70转动，并且在转槽222的限位下，操作杆20与联动块70同步位移。
所述调位杆22从码盘31穿过。所述机架10上设有支撑部13及装设于支撑部13上的轴承12，该轴承12为滚动轴承，所述轴承12包括内圈及外圈，所述内圈沿其轴心自由转动，所述杆芯11和调位杆22均穿过所述内圈且所述调位杆22和内圈一起沿其轴心转动。所述码盘31装设于轴承12的内圈端部并随轴承12的内圈同步转动，所述旋转编码器的读数头32装设于机架10上。
所述轴承12于内圈的内壁设有限位槽121，所述调位杆22的外周设有导向条221，所述调位杆22从轴承12及码盘31内穿过，并且调位杆22的导向条221卡设于限位槽121内，使调位杆22可以相对于杆芯11、轴承12及码盘31独立滑动，并且调位杆22带动轴承12的内圈及安装在内圈上的码盘31同步转动。
所述阻尼器60上连接一齿轮61，所述联动块70上设有一齿条71，所述阻尼器60通过齿轮61啮合在齿条71上。主端操作器100还包括一回位电机80，所述回位电机80上连接一齿轮81，连接回位电机80的齿轮81与连接阻尼器60上的齿轮61相互啮合。
所述机架10上还设有限位座14，所述杆芯11架设在所述限位座14和支撑部14上，限位座14在圆周及位移方向对杆芯11进行限位。所述联动块70底部设有一滑块，所述机架10上设有一导轨90，所述滑块沿所述操作杆20的轴向位移方向滑设于导轨90上，导轨90上对滑块进行导向。
工作时，主端操作杆20通过旋转编码器、水平编码器的测量数据反馈给控制主板110，控制主板110上设有用于和从端机器人200通讯的发送装置110及接收装置120，控制主板110将该信息发送给从端机器人200，使从端机器人200执行相应操作。具体地，转动操作杆20，操作杆20在杆芯11上转动，旋转编码器测量旋转角度。若是沿杆芯11的延伸轴向移动操作杆20，操作杆20在水平位移的同时带动联动块70沿导轨90移动，水平编码器测量水平移动距离。所述从端机器人200记录导管或导丝在介入手术过程中的递送阻力，并将阻力信息反馈给控制主板110，控制主板110发出控制信号，调整阻尼器60的阻尼力大小，改变操作者在位移方向滑动操作杆20的顺滑性，从而将从端的递送阻力信息通过阻尼器60和操作杆20反馈给操作者。完成一次操作后，所述回位电机80通过阻尼器60带动联动块70及操作杆20复位，等待下一次操作，通过回位电机80与位移检测装置40的配合，可以保证联动块70及操作杆20每次回位时均可以移动到相同的指定位置。在复位过程中，阻尼器60不起作用。
综上所述，本发明介入手术机器人主端控制装置通过设置阻尼器60，所述阻尼器60提供对操作杆20位移方向进行限位的阻尼力，并且阻尼器60的阻尼力大小根据从端机器人200递送导丝导管所受到的阻力大小进行相应调整，实现主端操作手柄的力反馈，增加临场感，提高手术安全，实用性强，具有较强的推广意义。
以上所述实施例仅表达了发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于发明的保护范围。因此，发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种介入手术机器人主端控制装置，用于和从端机器人配合，从端机器人接收主端控制装置的操作信息并执行相应动作，其特征在于，包括机架及安装于机架上的主端操作器，所述主端操作器包括轴向位移的操作杆及力反馈装置，所述力反馈装置包括联动块及阻尼器，所述联动块与操作杆连接，并且联动块与阻尼器配合，在所述操作杆轴向位移前进过程中，所述阻尼器根据从端机器人的递送阻力信息调整阻尼力大小并通过联动块反馈给操作杆；
所述机架上间隔地设有支撑部和限位座、架设在所述支撑部和限位座上的杆芯，所述操作杆穿设于所述杆芯并绕所述杆芯的轴心转动及滑动位移；
所述支撑部上安装轴承，所述轴承包括内圈及外圈，所述杆芯和操作杆均穿过所述内圈且所述操作杆和内圈一起绕所述杆芯的轴心转动；
所述主端操作器还包括角度检测装置，所述角度检测装置为旋转编码器，所述旋转编码器设有安装在轴承的内圈上的码盘；
所述操作杆可以相对于所述杆芯、所述轴承及所述码盘独立滑动。
2.如权利要求1所述的介入手术机器人主端控制装置，其特征在于：所述阻尼器上连接一齿轮，所述联动块上设有一齿条，所述阻尼器通过齿轮啮合在齿条上。
3.如权利要求2所述的介入手术机器人主端控制装置，其特征在于：所述主端操作器还包括一回位电机，所述回位电机上连接一齿轮，连接回位电机的齿轮与连接阻尼器上的齿轮相互啮合。
4.如权利要求1所述的介入手术机器人主端控制装置，其特征在于：所述联动块底部设有滑块，所述机架上设有导轨，所述滑块沿所述操作杆的轴向位移方向滑设于导轨上。
5.如权利要求1所述的介入手术机器人主端控制装置，其特征在于：所述轴承于内圈的内壁设有限位槽，所述操作杆的外周设有导向条，所述操作杆从轴承的内圈穿过，操作杆的导向条卡设于限位槽内，使操作杆相对于轴承沿杆芯的轴心独立滑动位移且操作杆带动轴承的内圈同步转动。
6.如权利要求1所述的介入手术机器人主端控制装置，其特征在于：所述限位座在圆周及位移方向对所述杆芯进行限位。
7.如权利要求1所述的介入手术机器人主端控制装置，其特征在于：所述操作杆靠联动块的一端设有环形分布的转槽，所述联动块上设有连接头，所述连接头套设于转槽内，从而使操作杆相对于联动块绕杆芯的轴心独立转动，并且操作杆与联动块同步滑动位移。
8.如权利要求1所述的介入手术机器人主端控制装置，其特征在于：所述主端操作器还包括位移检测装置，所述位移检测装置为水平编码器，所述水平编码器设有码盘，所述水平编码器的码盘装设于联动块上。
9.如权利要求1所述的介入手术机器人主端控制装置，其特征在于：所述主端操作器的数量为两组，所述机架上对称地设有两支撑部、位于所述两支撑部之间的限位座、架设在所述两支撑部和限位座上的两杆芯，所述两主端操作器的操作杆分别穿设于所述两杆芯并绕相应杆芯的轴心转动及滑动位移。
10.如权利要求1所述的介入手术机器人主端控制装置，其特征在于：所述阻尼器为电磁阻尼器。
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