CN114082081A - 一种摩擦轮旋转式的血管介入手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种摩擦轮旋转式的血管介入手术机器人，由有两个相同的摩擦轮旋转式装置组成，能适应不同导丝和导管的直径，实时调节导丝或导管的抓紧压力，解决电线缠绕问题，解决导丝递送过程的弯曲问题。该摩擦轮旋转式装置主要包括基座、支撑管、安装盘、无刷直流电机及驱动器、推拉装置、旋转装置、压紧调节装置、压力测量与施压装置和电线转换装置。推拉装置依靠摩擦轮组实现导丝导管的压紧和推拉，压力测量与施压装置实现压紧力的测量和施压，压紧调节装置调节摩擦轮组的间隙，以适应不同导丝导管直径；上述组件的连接线通过电线转换装置与电源连接，解决导丝缠绕问题；旋转转置依靠齿轮组件实现旋转动作，整体结构简单，移植性强。

Description

一种摩擦轮旋转式的血管介入手术机器人

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，具体涉及一种摩擦轮旋转式的血管介入手术机器人。

背景技术

随着医学的发展，血管介入治疗逐渐成为血管治疗的的主要手段，随着机器人技术的飞速发展，血管介入手术机器人也开始展示出应用价值。血管介入手术机器人可以代替医生进行远程操作，减少医生的辐射和减轻医生疲劳，凭借着精确控制和稳定操作优势可以减低人为操作的失误，提高手术安全性，同时随着智能化技术的发展和人机伦理问题的解决，心脑血管介入手术机器人智能化也逐渐成为趋势。而导丝和导管的操作是血管介入手术机器人研究的核心内容，要求导丝和导管的操作能模仿医生的操作，即既可以实现旋转和推进单独进行，也可以实现旋转和推拉同时进行；因为不同手术会使用到不同的导丝导管直径，血管介入手术机器人需要能操作不同直径的导丝和导管，提高适用范围；另外，导丝和导管的抓紧压力也要模仿医生的力度，防止压力过大导致导丝导管变形，影响导丝导管性能进而影响到手术质量。

申请号为201910411154.2的一种血管介入手术机器人，其提供了一种将旋转模块和推进模块都集成到一个机械臂的形式，其旋转模块通过齿轮组和配合的夹持机构进行，推进模块通过导轨滑块进行，推进导丝时存在需要多次回程的缺点，同时整体结构复杂、体积大。申请号为202011400330.1的一种导轨直推式血管介入手术机器人，主要解决导丝递进过程中存在弯曲问题，但依然需要辅助压块进行辅助，不便于更换导丝，且使用导轨滑块进行推进，同样存在多次回程的缺点。申请号为20201146297.9的一种血管介入手术机器人主端导丝/导管操作装置，主要解决主从操作时的力反馈问题，但该装置需要医生进行参与推进和旋转导丝，不具备自动能力。申请号为202110401096.2的旋转推送装置及介入手术机器人，采用上下推送辊的形式进行导丝的推拉动作，通过驱动电机驱动被辊轮夹紧的导丝，同时能实现导丝的张紧，但是其使用多个旋转推送装置进行导丝的推进和旋转，整体体积较大，且无法测量导丝压紧力，压紧力过大会压坏导丝导管，压紧力过小则会产生打滑现象。专利号为CN201810108561的血管介入手术机器人中的力反馈传感器侧面带有电线，在导丝旋转过程中会随着机构的旋转而旋转，从而存在导丝缠绕问题。由于存在电线缠绕问题，很少有人研究摩擦轮旋转式的血管介入手术机器人，现存的血管介入手术机器人多为滑块导轨式血管介入手术机器人。

上述专利，对血管介入手术机器人的导丝导管旋转和推拉操作的实现、力反馈等方面进行了创新和改进。但上述血管介入手术机器人在适应不同导丝导管直径、导丝导管的压紧力和使用摩擦轮旋转式推进等方面未有提及。适用不同直径的导丝导管可以提高血管介入手术机器人对不同介入手术的适用性，测量到导丝导管的压紧力可以很好地仿生医生的旋捻力度。因此，本文提供了一种实现上述改进的血管介入手术机器人。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺陷，本发明提供一种摩擦轮旋转式推进的血管介入手术机器人，由有两个或者更多个相同的摩擦轮旋转式推进装置组成，其能实现导丝或导管的推拉动作和旋转动作的分离和配合，适应不同导丝和导管的直径大小，实时调节导丝或导管的抓紧压力，解决电线缠绕问题，解决导丝递送的弯曲问题，可更改底座嵌入到其他设备上。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提出一种摩擦轮旋转式推进的血管介入手术机器人，其由两个相同的摩擦轮旋转式推进装置组成，也可以增加多个相同装置，进行需要多导丝导管的介入手术任务，该装置主要包括基座、支撑板、支撑管、安装盘、一次性消毒管，无刷直流电机及其驱动器、旋转装置、推拉装置、压紧调节装置、压力测量与施压装置和电线转换装置。

所述支撑管通过所述支撑板安装到所述基座上，所述支撑管内套有一次性消毒管，防止导丝导管和支撑管接触，同时起到支撑导丝导管的作用；

所述安装盘与旋转装置的被动齿轮连为一体，所述支撑管穿过所述安装盘中心，并通过轴承进行支撑和安装所述安装盘，所述安装盘用于安装所述的推拉装置、压紧调节装置、压力测量与施压装置和电线转换装置；

所述旋转装置为固定在所述基座上的齿轮传动组，通过无刷直流电机驱动实现整个安装盘的旋转。

所述推拉装置为摩擦轮组夹紧导丝导管，通过所述压紧调节装置调节压紧力，从而改变摩擦力，摩擦轮组上套有一次性消毒橡胶套；

所述压紧调节装置将所述推拉装置的被动摩擦轮安装到导轨滑块上，通过滑动滑块可实现被动摩擦轮的上下移动调节摩擦论组间隙；

所述压力测量与施压装置通过微型直线伺服驱动器的推杆对压向传感器施加压力实现摩擦轮的压紧和压力检测；

所述电线转换转置为固定在所述安装盘和旋转装置的被动齿轮为一体和固定在其毂轴上的导电滑环组成，通过导电滑环的转子和定子与电源连接，实现电线旋转和固定的转换；

本发明提出了一种摩擦轮旋转式的血管介入手术机器人，其优点在于，使用两个相同的摩擦轮旋转式推进装置组成，既能实现旋转动作和推拉动作的分离和配合，无电线缠绕问题，又能适应不同直径的导丝导管，仿生医生旋捻导丝的力度，解决导丝递送过程中的导丝弯曲问题，更换导丝导管方便，结构简单，体积小，移植性强，其在血管介入手术机器人中具有广泛的应用前景。

附图说明

为了更加清楚的说明本发明的设计方案和实施方法，现将所需使用的附图做简要介绍。

图1是本发明实施例的摩擦轮旋转式的血管介入手术机器人的整体结构示意图。

图2是本发明实施例的摩擦轮旋转式推进装置。

图3是本发明实施例的旋转装置的结构示意图。

图4是本发明实施例的推拉装置的结构示意图。

图5是本发明实施例的压紧调节装置的结构示意图。

图6是本发明实施例的压力测量与施压装置的结构示意图。

图7是本发明实施例的电线转换装置的结构示意图。

具体实施方式

为了更加清楚的讲解本发明的目的、技术方案及优点，下面结合附图及实施例，对本发明进行详细说明。应当说明，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1是本发明的血管介入手术机器人整体结构示意图，由两个相同的摩擦轮旋转式推进装置4组成，两个装置完全相同，分别负责操作导丝1和导管2，且负责操作导管的摩擦轮旋转式推进装置在前；对于需要更多导丝和导管操作的介入手术场景，则可以组合更多的摩擦轮旋转式推进装置。

请参阅图2，图2是所述的摩擦轮旋转式推进装置4，主要由一次性消毒管3、基座5、旋转装置6、支撑管7、安装盘8、推拉装置9、压紧调节装置10、压力测量与施压装置11和电线交换装置12组等部分组成。

请参阅图3，所述安装盘8和所述旋转转置6的从动轮601为一体，并通过轴承602固定在所述支撑管7上，为了防止导丝导管接触到支撑管7内壁，支撑管7内部套有一次性消毒管605，同时超出支撑管1的部分消毒管605能起到支撑导丝导管的作用，从而解决导丝递送过程中存在的弯曲问题；所述旋转装置6通过无刷直流电机603带动主动轮604驱动和所述安装盘8为一体的从动轮601实现整个安装盘8的旋转运动，从而实现导丝导管的旋转操作。

请参阅图4，所述推拉装置9通过无刷直流电机905带动主动摩擦轮904和被动摩擦轮902转动，通过摩擦力带动导丝导管实现推拉操作，被动摩擦轮902通过安装轴903安装在和所述压紧调节装置10连接的连接板901上，无刷直流电机905通过安装架906安装在所述安装盘8上，为了便于手术消毒，在主动摩擦轮904和被动摩擦轮902都套有一次性消毒的橡胶套907。

请参阅图5，所述压紧调节装置10通过滑块1001上下滑动带动连接板1002和连接板901连接的被动摩擦轮902，实现调节摩擦轮组间隙，整个装置通过导轨1003安装在所述安装盘8上。

请参阅图6，所述的压力测量与施压装置11通过微型直线伺服驱动器1101对压向传感器1104施加压力，并通过连接板1002和连接板901将压力作用在推进装置9的被动摩擦轮902上从而夹紧导丝导管；压向传感器1104能测量受到的压力，并通过微型直线伺服驱动器1101的推进长度进行压力调整，实现对导丝导管压紧力的测量和施压；橡胶垫1103可防止微型直线伺服驱动器1101的推杆和压向传感器1104刚性相撞，起缓冲作用；微型直线伺服驱动器1101通过固定架1102和安装架1105安装在所述安装盘8上。

请参阅图7，所述的电线交换装置12由与所述旋转装置6为一体的所述安装盘8和导电滑环组成。导电滑环由转子1202和定子1203组成，安装在所述安装盘8上装置的电线通过电线过孔1201连接到导电滑环转子1202，再通过定子1203连接到电源上，定子1203通过安装板1204安装到所述基座5上。

最后应当说明，以上实施方案仅用以说明本发明申请的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方案对本发明做了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本申请技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种摩擦轮旋转式推进的血管介入手术机器人，其特征在于，两个或多个相同结构的摩擦轮旋转式推进装置组成，摩擦轮旋转式推进装置主要包括基座、支撑板、支撑管、安装盘、一次性消毒管，无刷直流电机及其驱动器、旋转装置、推拉装置、压紧调节装置、压力测量与施压装置和电线转换装置。

所述支撑管通过所述支撑板安装在所述基座上；

所述一次性消毒管通过卡口连接在所述支撑管上；

所述安装盘与所述旋转装置的被动齿轮连为一体，所述支撑管穿过所述安装盘中心，并通过轴承进行支撑和安装所述安装盘，所述安装盘用于安装所述的推拉装置、压紧调节装置、压力测量与施压装置和电线转换装置；

所述旋转装置包含一个无刷直流电机、齿轮、与从动齿轮为一体的所述安装盘，通过无刷直流电机和齿轮带动从动轮上所述的安装盘转动；

所述推拉装置包含一个无刷直流电机、摩擦轮组、一次消毒橡胶套、电机安装板和被动摩擦轮连接板，通过无刷直流电机带动摩擦轮组转动；

所述压紧调节装置包含一个导轨滑块和与被动摩擦轮连接板相连的连接板，上下滑动连接板滑动被动摩擦轮；

所述压力测量与施压装置包含一个压向传感器、微型直线伺服驱动器和减缓刚性碰撞的橡胶垫，通过微型直线伺服驱动器的推杆施加压力给安装在导轨滑块连接板上的压向传感器，压向传感器测量压力；

所述的电线转换装置包含与所述旋转装置的从动齿轮为一体的所述安装盘和导电滑环，导电滑环包含转子和定子，导电滑环的转子通过螺钉和从动齿轮的毂相连，定子通过安装板连接在所述支撑板上，所述安装盘上的电线连接导电滑环转子，导电滑环定子连接电源。

2.根据权利要求1所述一种摩擦轮旋转式推进的血管介入手术机器人，其特征在于，所述的旋转装置通过无刷直流电机和齿轮带动从动轮上所述的安装盘转动，从而带动所述的推拉装置中摩擦轮组夹紧的导丝或导管旋转，实现导丝或导管的旋转操作。

3.根据权利要求1所述一种摩擦轮旋转式推进的血管介入手术机器人，其特征在于，所述的推拉装置通过无刷直流电机和摩擦轮组依靠摩擦力带动导丝或导管推拉，实现导丝或导管的推拉动作。

4.根据权利要求1所述一种摩擦轮旋转式推进的血管介入手术机器人，其特征在于，所述的压紧调节装置通过滑动滑块带动所述的推拉装置的摩擦轮上下移动，改变摩擦轮组间隙，适应不同直径的导丝和导管。

5.根据权利要求1所述一种摩擦轮旋转式推进的血管介入手术机器人，其特征在于，所述的压力测量与施压装置通过微型直线伺服驱动器的推杆施加压力给安装在导轨滑块连接板上的压向传感器，带动所述推拉装置的被动摩擦轮往下运动压紧导丝或导管；压向传感器测量收到的压力，反馈给到微型直线伺服驱动器，调整其推杆的推进长度，调整导丝或导管压紧力。

6.根据权利要求1所述一种摩擦轮旋转式推进的血管介入手术机器人，其特征在于，所述的电线转换装置通过导电滑环的转子线与安装在所述安装盘上的装置电线连接，导电滑环的定子线和电源相连，从而解决导线缠绕问题。

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