CN114948235A - 血管介入器械连续推捻机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种血管介入器械连续推捻机器人，包括夹持递送模块，血管介入器械穿过夹持递送模块，由夹持递送模块夹持，夹持递送模块中设置有可转动单元，可转动单元驱动血管介入器械轴向移动；旋转控制机构，与夹持递送模块相连，可驱动夹持递送模块转动，以实现血管介入器械的周向转动。区别于现有的管丝递送机构和旋转控制机构由各自的夹持机构组成的情况，本发明实现了递送机构和旋转控制机构共用同一个夹持机构对管丝进行夹持，从而实现管丝的旋转和递送动作，极大地减小了机器人的整体尺寸，实现机器人小型化、轻量化，有利于运输、安装。

Description

血管介入器械连续推捻机器人

技术领域

本发明属于高端医疗装备制造技术领域，涉及一种医疗器械，具体涉及对于介入手术导管导丝及其他器械的递送和旋转及其耦合运动的控制技术，更具体的说是一种血管介入器械连续推捻机器人。

背景技术

根据《中国心血管健康与疾病报告2019》报告显示，患有心脑血管疾病人数约有3.3亿人，同时心脑血管病死亡率仍居首位，由于心脑血管导致的死亡人数占总数的40％以上。心脑血管疾病严重得影响到了人们的健康，是目前人类面临最大的健康挑战。

医疗机器人因其精准稳定、安全高效等优势，正在为传统医学领域带来颠覆性的变革。血管介入技术是一项新兴的心脑血管等疾病诊疗手段，医生在医学影像的引导下，通过导管沿血管腔直接到达体内病变部位(如冠状动脉和脑部、肝脏、肾脏等部位的血管)，然后利用导管输送诊疗剂或手术器械(如球囊、支架、弹簧圈等)，对体内较远的病变实施微创性诊断和治疗。

血管介入手术作为微创手术的一种，避免了开腔和开颅的手术方式，从而降低手术风险，减轻病人痛苦，同时，术后并发症少、恢复周期短，所以血管介入手术机器人成为高端医疗装备领域的研发热点。目前血管介入机器人主要采用主从操作结构。医生位于手术室外操作主端机器人，从而控制从端机器人对人体进行手术，主从式操作结构有效的避免了X射线对医生的辐射影响，利用机器人固有的高操作精度和准确度实施手术。

目前现有的血管介入机器人对于导管导丝等血管介入器械的运动控制主要有三种：摩擦轮式、往复拖拽式和交替拖拽式。

摩擦轮式例如美国Corindus公司研制的CorPath 200系统，导管递送机构采用双滚轮式结构，通过摩擦力夹紧并驱动导管进行轴向运动，旋转和递送通过两个不相关的夹持机构实现，轴向尺寸较大；往复拖拽式例如北京理工大学申请号为：201710544638.5，公开日为：2017.11.03的发明专利，公开了一种机器人远程操作系统及其控制方法，从端机器人通过导管控制器和导丝控制器采用V型夹紧原理夹持管丝，控制管丝的运动，两控制器安装在移动平台上，通过控制器间的交替动作，实现管丝的往复拖拽式运动，不能连续递送，整体体积较大；交替拖拽式例如北京唯迈医疗设备有限公司的申请号为：201910620805.9，公开日为：2019.09.17的发明专利，公开了一种介入手术机器人从端推进装置及其控制方法，由一对夹板相对搓动实现管丝的运动。

上述为目前国内外血管介入机器人采用的典型管丝递送方案，但存在无法解决管丝高精度连续递送和可靠夹持间矛盾这一共性问题：(1)摩擦轮式结构，可以实现管丝连续递送，但因滚轮与管丝间点接触，难以实现管丝可靠夹持，当夹持力过小时存在打滑问题，当夹持力过大时可能导致管丝变形或表面损伤，增大血管损伤及术后并发症风险。(2)往复拖拽式，通过设计V型、爪型等卡爪结构，增大夹持接触面积，实现可靠夹持，但一般通过导轨滑块结构实现管丝轴向递送，当到达行程极限时，须放松管丝—空回程—夹紧管丝，然后继续递送，可能产生与医生手部运动间的行程极限冲突，打断医生正常手术操作。(3)交替拖拽式，虽然可以实现管丝的可靠夹持和连续递送，但管丝扭转运动由一对夹板相对搓动实现，管丝扭转定位精度难以保证(尤其针对直径0.2mm的微导丝)。

发明内容

本发明提供一种血管介入器械连续推捻机器人，可实现血管介入器械可靠夹持与高精度连续递送、旋转及其耦合运动。

为解决上述技术问题，提出了如下技术方案：

本发明提供了一种血管介入器械连续推捻机器人，包括：

夹持递送模块，血管介入器械穿过夹持递送模块，由夹持递送模块夹持，夹持递送模块中设置有可转动单元，可转动单元驱动血管介入器械轴向移动；

旋转控制机构，与夹持递送模块相连，可驱动夹持递送模块转动，以实现血管介入器械的周向转动。

进一步的，夹持递送模块驱动血管介入器械轴向移动的轴线与旋转控制机构驱动血管介入器械周向转动的轴线重合。

进一步的，包括安装架和壳体，夹持递送模块设置在壳体中，壳体可转动的设置在安装架上，旋转控制机构与壳体相连，可驱动壳体在安装架上转动，以实现血管介入器械的周向转动。

进一步的，安装架包括前轴承座和后轴承座，壳体设置在前轴承座和后轴承座之间，前轴承座、壳体和后轴承座上分别设置有对应的轴承孔，壳体与前轴承座和后轴承座分别通过轴承相连，壳体、前轴承座、后轴承座上的轴承的中心孔和夹持递送模块中的血管介入器械的夹持位置同轴设置。

进一步的，旋转控制机构包括顺次连接的旋转用动力源、旋转传动机构和后套筒，后套筒与壳体相连，旋转传动机构将旋转用动力源的驱动力传输至后套筒及壳体，以驱动壳体在安装架上转动。

进一步的，旋转传动机构包括相互连接的涡轮和蜗杆，蜗杆与旋转用动力源相连，涡轮与后套筒相连，涡轮与蜗杆啮合传动，以将旋转用动力源的驱动力传输至后套筒。

进一步的，后套筒与导电滑环连接，壳体内部的线缆穿过后套筒与导电滑环相连。

进一步的，夹持递送模块包括相对设置的夹持部，夹持部上设置有可转动的传送带，血管介入器械由相对设置的夹持部上的传送带夹持，传送带相对转动可驱动血管介入器械轴向移动。

进一步的，夹持部包括支撑架，支撑架上设置有两个可转动的递送轴，传送带套接在两个递送轴的外侧，传送带位于两个递送轴之间的直线部分用以夹持血管介入器械，以使传送带与血管介入器械呈面接触。

进一步的，递送轴的两端设置有齿轮，传送带上对应的两侧内圈设置有齿牙，传送带上的齿牙与递送轴上的齿轮相互啮合，以形成啮合传动力。

进一步的，传送带的内侧设置有支撑结构，血管介入器械由相对设置的夹持部上的传送带夹持时，支撑结构可朝向血管介入器械方向支撑传送带，以提高传送带对血管介入器械的夹持力。

进一步的，还包括递送控制机构，递送控制机构包括顺次连接的递送动力源、递送传动机构和递送驱动轴，递送驱动轴与夹持递送模块中的夹持部相连，递送传动机构将递送动力源的动力传输给递送驱动轴，递送驱动轴驱动夹持递送模块中的夹持部运动。

进一步的，递送传动机构包括第一传动轴系统和第二传动轴系统，第一传动轴系统包括第一轴，第一轴上设置有第二皮带轮和第一齿轮，第二传动轴系统包括第二轴，第二轴上设置有第二齿轮，第一轴上的第二皮带轮通过皮带与递送动力源上的第一皮带轮连接，以传递递送动力源的动力，第一轴上的第一齿轮与第二轴上的第二齿轮啮合，第二齿轮与递送驱动轴啮合，以将动力传输给递送驱动轴。

进一步的，递送驱动轴包括第三转动轴系统和第四转动轴系统，第三转动轴系统包括第三轴，第三轴上设置有第三齿轮和第四齿轮，第四转动轴系统包括第四轴，第四轴上设置有第五齿轮，第三轴上的第三齿轮与递送传动机构中的第二齿轮啮合，第三轴上的第四齿轮与第四轴上的第五齿轮啮合，第三轴和第四轴分别与夹持递送模块中的夹持部相互连接，以将递送动力源的动力传递给夹持递送模块中相对设置的夹持部。

进一步的，包括壳体，壳体内部设置有第一腔室和第二腔室，夹持递送模块设置在第一腔室中，第二腔室中设置有递送控制机构，递送控制机构与夹持递送模块相连，以驱动夹持递送模块中的可转动单元运动。

进一步的，夹持递送模块包括相互扣合的盒箱和盒盖，相对设置的夹持部设置在盒箱内部，盒箱的侧壁上设置有管丝通过孔；壳体包括旋转盖，旋转盖可打开或关闭第一腔室，盒箱可拆卸地设置在壳体的第一腔室中。

进一步的，第一腔室和第二腔室之间设置有支撑板，支撑板上设置有连接件和旋转密封孔，盒箱上设置有定位柱和齿轮轴孔，盒箱安装在支撑板上，盒箱上的定位柱与支撑板上的连接件相连，递送控制机构的递送驱动轴穿过支撑板上的旋转密封孔和盒箱上的齿轮轴孔与夹持递送模块相连。

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明血管介入器械连续推捻机器人，区别于现有的管丝递送机构和旋转控制机构由各自的夹持机构组成的情况，本发明实现了递送机构和旋转控制机构共用同一个夹持机构对管丝进行夹持，从而实现管丝的旋转和递送动作，极大地减小了机器人的整体尺寸，实现机器人小型化、轻量化，有利于运输、安装。

(2)本发明血管介入器械连续推捻机器人，采用由平面直线轴承支撑的齿形皮带结构，可以实现与管丝有较大的接触面积，减小了管丝的正压力，有效的保护其表面涂层不受损；同时可以实现管丝的连续运动，解决了现有的高精度连续递送和可靠回转夹持之间的矛盾。

(3)本发明血管介入器械连续推捻机器人，实现了管丝递送和旋转的耦合运动，更加符合实际手术过程中管丝的运动需求。

(4)本发明血管介入器械连续推捻机器人中通过涡轮蜗杆机构驱动夹持递送模块及壳体旋转进而带动管丝旋转的方式，使得该机器人具有旋转精度高、控制精准的优势；蜗杆带动涡轮，传动比高，控制旋转的精度高，动作控制更精确，降低操作误差，此外涡轮蜗杆形式实现交错轴的换向，减少齿轮的使用，节省空间。

(5)本发明血管介入器械连续推捻机器人中可以设置有不同齿形皮带间距的夹持递送模块，形成不同规格的系列夹持递送模块产品，通过更换不同规格的夹持递送模块，可以适用于不同直径的导管、导丝或其他手术器械的夹持。

(6)本发明血管介入器械连续推捻机器人体积小、控制精度高，能够实现对管丝的连续递送及旋转控制，进而可以实现多个机器人的协同工作，通过协同控制两个或多个该推捻机器人，即可实现介入手术的多器械协同操作。

附图说明

图1为本发明血管介入器械连续推捻机器人安装管丝后的结构示意图；

图2为本发明血管介入器械连续推捻机器人中递送控制机构在壳体内的安装结构示意图；

图3为本发明血管介入器械连续推捻机器人中递送控制机构的结构示意图；

图4为本发明血管介入器械连续推捻机器人中夹持递送模块的结构示意图；

图5为本发明血管介入器械连续推捻机器人中夹持递送模块的内部结构爆炸图；

图6为本发明血管介入器械连续推捻机器人中旋转控制机构的爆炸结构示意图；

图7为本发明血管介入器械连续推捻机器人中夹持递送模块的底部结构示意图；

图8为本发明血管介入器械连续推捻机器人中去掉旋转盖及夹持递送模块、安装架的快速拆装结构示意图；

图9为本发明血管介入器械连续推捻机器人的整体结构示意图。

附图的编号分别表示为：

1、递送控制机构；2、夹持递送模块；3、旋转控制机构；4、安装架；5、管丝；

1-1、支撑板；1-2、递送用电机；1-3、递送电机驱动器；1-4、支撑架；1-5、第一轴承座；1-6、第二轴承座；1-7、控制器；1-8、控制器支撑件；1-9、第一皮带轮；1-10、第二皮带轮；1-11、皮带；1-12、第三轴承座；1-13第二齿轮；1-14第三齿轮；1-15、第四齿轮；1-16第五齿轮；1-17第四轴承座；1-18第一齿轮；1-19、第一轴；1-20、第二轴；1-21、第三轴；1-22、递送驱动轴；1-23、第四轴；1-24、连接件；1-25、无线通信模块；

2-1、盒盖；2-2、第一夹持部件；2-3、第二夹持部件；2-4、盒箱；2-3-1、上盖；2-3-2、传送带；2-3-3、支撑架；2-3-4、递送轴；2-3-5、轴承支撑架；2-3-6、平面直线轴承；2-3-7、齿轮；2-3-8、齿轮轴；2-4-1、齿轮轴孔；2-4-2、定位柱；2-4-3、管丝通过孔；2-4-4、螺钉孔；

3-1、旋转用电机；3-2、联轴器；3-3、后隔离套筒；3-4、导电滑环；3-5、套筒；3-6、蜗杆；3-7、涡轮；3-8、后套筒；3-9、前隔离套筒；

4-1、第一蜗杆轴承座；4-2、后轴承座；4-3、第二蜗杆轴承座；4-4、底面固定块；4-5、前轴承座；4-6、后旋转板；4-7、旋转壳；4-8、旋转盖；4-9、旋转轴；4-11；电机隔离板；4-12、前旋转板。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。

图1为本发明血管介入器械连续推捻机器人安装管丝后的结构示意图，由图1可知，血管介入器械连续推捻机器人包括递送控制机构1、夹持递送模块2、旋转控制机构3以及安装架4，其中：血管介入器械穿过夹持递送模块2，由夹持递送模块2夹持，夹持递送模块2中设置有可转动单元，可转动单元驱动血管介入器械轴向移动；如图4、5所示，夹持递送模块2包括相对设置的夹持部，夹持部上设置有可转动的传送带，血管介入器械由相对设置的夹持部上的传送带夹持，传送带相对转动可驱动血管介入器械轴向移动。旋转控制机构3与夹持递送模块2相连，可驱动夹持递送模块2转动，以实现血管介入器械的周向转动。此外夹持递送模块2设置在壳体中，壳体可转动的设置在安装架4上，旋转控制机构3与壳体相连，可驱动壳体在安装架4上转动，以实现血管介入器械的周向转动。夹持递送模块驱动血管介入器械轴向移动的轴线与旋转控制机构3驱动血管介入器械周向转动的轴线重合。

在本发明实施例中，参考图4，所述夹持递送模块2还包括盒盖2-1、盒箱2-4，所述盒盖2-1扣合在盒箱2-4的上部，所述两个夹持部连接至所述盒箱2-4内部，所述盒箱2-4的轴向侧壁设置有管丝通过孔。其中，两个夹持部之间的距离与管丝的直径一致，使得能夹紧管丝而不破坏管丝。具体的，两个夹持部均通过盒箱2-4下方的相应螺钉孔及螺钉固定在盒箱2-4内。

需要说明的是，针对不同型号的管丝直径可选择性的使用不同规格的夹持递送模块2，所述不同规格的夹持递送模块2中两个夹持部之间的距离不同。具体的通过采用不同直径的递送轴2-3-4或在递送轴2-3-4上安装不同直径的齿轮以及采用相应长度的传送带2-3-2实现两个夹持部之间的不同间距。

本发明的一个实施例，参考图5，所述两个夹持部分别为第一夹持部2-2和第二夹持部2-3，第一夹持部2-2和第二夹持部2-3结构相同，镜像设置，管丝夹持在第一夹持部2-2和第二夹持部2-3之间，并由第一夹持部2-2和第二夹持部2-3驱动管丝轴向移动。下面以第二夹持部2-3为例进行说明，所述夹持部的可转动部分为传送带2-3-2，所述夹持部还包括支撑架2-3-3和两个可转动的递送轴2-3-4，所述两个递送轴2-3-4可转动连接于所述支撑架2-3-3的两侧，具体的，两个相同的递送轴2-3-4上的轴承对称安装在支撑架2-3-3两侧的轴承孔中，两个相同的递送轴2-3-4可以是一个为主动轴，一个为从动轴，也可以两个皆为从动轴或主动轴。

所述传送带2-3-2套接在两个递送轴2-3-4的外侧，其中，所述传送带2-3-2位于两个递送轴2-3-4中间的直线部分用以夹持管丝等介入手术器械，以使夹持部与管丝呈面接触，通过控制两个递送轴2-3-4转动以控制传送带2-3-2的转动，实现管丝的轴向移动。

本发明的又一实施例中，所述递送轴2-3-4的上下两侧安装有齿轮，所述传送带2-3-2的上下两侧内圈设有齿牙，当传送带2-3-2套接于所述递送轴上时，传送带2-3-2内圈上的齿牙与递送轴2-3-4上的齿轮相互啮合，以形成啮合传动力。具体的，齿轮轴2-3-8上均呈上下位置固定安装有上下两个齿轮2-3-7，且在两个齿轮2-3-7的外侧的齿轮轴上均安装有轴用钢丝挡圈和轴承，两个齿轮对称安装在齿轮轴2-3-8上，组成递送轴2-3-4。可以理解的是，将传送带2-3-2和递送轴2-3-4设置为齿轮啮合的形式可以提高管丝的递送效果，但也可以不采用上述方式，例如将传送和递送轴直接套接在一起，只要能够实现管丝的递送即可。

本发明的又一实施例中，传送带2-3-2的内侧设置有支撑结构，血管介入器械由相对设置的夹持部上的传送带夹持时，支撑结构可朝向血管介入器械方向支撑传送带2-3-2，以提高传送带对血管介入器械的夹持力。具体的，所述支撑结构可以为平面直线轴承2-3-6，所述支撑架2-3-3为倒T型结构，包括水平底面和中间竖直部分，所述平面直线轴承2-3-6固定连接至所述中间竖直部分，用于支撑传送带2-3-2的中间直线部分，以对管丝实现更稳定的夹持力。

具体的，在支撑架2-3-3的中间竖直部分上通过连接螺钉固定安装轴承支撑架2-3-5，所述平面直线轴承2-3-6连接在轴承支撑架2-3-5上；再将所述传送带2-3-2从上向下放置，使得两个递送轴2-3-4和平面直线轴承2-3-6均位于传送带2-3-2的内侧；再将上盖2-3-1用螺钉固定在支撑架2-3-3的中间竖直部分的上方，同时上盖的两端和支撑架的水平底面与两个递送轴2-3-4上的相应轴承及轴用钢丝挡圈固定，完成夹持部件的安装；传送带2-3-2的中间光滑，和平面直线轴承2-3-6上的滚针接触，传送带2-3-2旋转运动过程中，与其接触的滚针可以在不增加摩擦力的前提下向齿形皮带提供支撑。

需要说明的是，所述两个夹持部在安装时注意保持各自平面直线轴承2-3-6处于面对面位置关系，管丝1从两夹持部件中间穿过，且管丝与两个夹持部件的齿形皮带外表面接触。此外，为保证管丝在夹持部上的定位，在夹持递送模块2的前后设置有隔离套筒包括前隔离套筒3-9和后隔离套筒3-3，在术前准备时夹持管丝和术中递送管丝操作时，对管丝起到导向作用。

本发明的夹持递送模块2，通过两个类似于皮带轮结构的夹持部夹持管丝，实现夹持部与管丝的面接触，增大皮带与管丝间的摩擦力，实现可靠夹持，避免因夹持力过大引起的导致管丝变形或表面损伤。且皮带轮的回转结构，能够实现管丝的连续递送(轴向运动)，避免往复拖拽式递送结构在手术过程中达到行程极限出现的空回程现象，打断医生正常手术操作。在递送过程中，传送带前后的隔离套筒包括前隔离套筒3-9和后隔离套筒3-3，对管丝起导向作用，使其始终处于同步带夹持区域内。

如图2、3所示，所述递送控制机构1包括顺次连接的递送动力源、递送传动机构以及递送驱动轴，递送驱动轴与夹持递送模块2中的夹持部相连，递送传动机构将递送动力源的动力传输给递送驱动轴，递送驱动轴驱动夹持递送模块中的夹持部运动。

所述递送驱动轴包括第三转动轴系统和第四转动轴系统，其中，第三转动轴系统包括第三轴1-21，第三轴1-21上设置有第三齿轮1-14和第四齿轮1-15，第四转动轴系统包括第四轴1-23，第四轴1-23上设置有第五齿轮1-16，第三轴1-21上的第三齿轮1-14与递送传动机构中的第二齿轮1-13啮合，第三轴1-21上的第四齿轮1-15与第四轴1-23上的第五齿轮1-16啮合，第三轴1-21和第四轴1-23分别与夹持递送模块2中的夹持部相互连接，以将递送动力源的动力传递给夹持递送模块2中相对设置的夹持部。当递送动力源转动时，通过递送传动机构将动力传输到第三转动轴系统，所述第三转动轴系统与所述第四转动轴系统通过相互啮合的第四齿轮1-15和第五齿轮1-16形成同步反向的转动状态，具体的所述递送动力源可以为递送用电机1-2。

第三转动轴系统中的第三轴1-21和第四转动轴系统中的第四轴1-23分别与第一夹持部2-2和第二夹持部2-3中的递送轴2-3-4(其中具有主动轴作用的)相互连接，以将递送动力源的动力传递给第一夹持部2-2和第二夹持部2-3。

具体的，递送控制机构1的第三轴1-21和第四轴1-23下方均通过轴承固定在第四轴承座1-17上，第四轴承座1-17固定在下述旋转壳4-7底部内表面上；第三轴1-21和第四轴1-23的连线与管丝输送方向垂直，第三轴1-21和第四轴1-23的上端分别穿过支撑板1-1、盒箱2-4上的相应齿轮轴孔2-4-1与相应夹持部件的递送轴固定在一起，从而实现两个夹持部件同步反向转动。在第三齿轮1-14和第四齿轮1-15之间的第三轴1-21上安装第一轴承座1-5，第一轴承座同时通过支撑架1-4固定在旋转下壳内部，支撑架垂直于旋转下壳的内底面。

递送传动机构包括第一传动轴系统和第二传动轴系统，第一传动轴系统包括第一轴1-19，第一轴1-19上设置有第二皮带轮1-10和第一齿轮1-18，第二传动轴系统包括第二轴1-20，第二轴1-20上设置有第二齿轮1-13，第一轴1-19上的第二皮带轮1-10通过皮带与递送动力源上的第一皮带轮1-9连接，以传递递送动力源的动力，第一轴1-19上的第一齿轮1-18与第二轴1-20上的第二齿轮1-13啮合，第二齿轮1-13与递送驱动轴啮合，以将动力传输给递送驱动轴。具体的，第二齿轮1-13与所述第三转动轴系统上的第三齿轮1-14啮合，以将动力传输给第三转动轴系统。

具体的，第二皮带轮1-10安装在第一轴1-19下部，第一轴1-19的上部通过轴承和轴用弹性挡圈固定安装有第一齿轮1-18，第二皮带轮1-10的转动进而带动第一轴1-19转动，第一轴1-19转动带动第一齿轮1-18转动，因而实现第一齿轮1-18在递送用电机1-2的驱动下沿固定轴(第一轴)旋转；在第一轴1-19的前方沿管丝输送方向还设置有第二轴1-20和第三轴1-21，第二轴1-20上通过轴承和轴用弹性挡圈固定安装第二齿轮1-13，所述第一齿轮1-18和第二齿轮1-13啮合传动；在第三轴1-21上通过轴承和轴用弹性挡圈固定安装第三齿轮1-14，所述第二齿轮1-13和第三齿轮1-14啮合传动，三个齿轮同高度依次啮合传动，第一轴1-19、第二轴1-20和第三轴1-21上方的用于固定相应齿轮的轴承安装在支撑板1-1下方对应的轴承孔中；位于第三齿轮1-14下方的第三轴1-21上还安装有第四齿轮1-15，第四齿轮1-15和第五齿轮1-16外啮合传动，第五齿轮安装在第四轴1-23上，经由大小相同的第四齿轮1-15和第五齿轮1-16的啮合传动，带动第四轴1-23转动，第四轴的转动方向和第三轴1-21方向相反，转速相等。

如图9所示，本发明实施例提供的血管介入器械连续推捻机器人还包括壳体，壳体内部设置有第一腔室和第二腔室，夹持递送模块2设置在第一腔室中，第二腔室中设置有递送控制机构1，递送控制机构1与夹持递送模块2相连，以驱动夹持递送模块2中的可转动单元运动。此外，壳体包括旋转盖4-8，旋转盖4-8可打开或关闭第一腔室，盒箱2-4可拆卸地设置在壳体的第一腔室中。

此外，壳体还包括旋转壳4-7、旋转板和电机隔离板4-11，旋转壳4-7用于固定递送控制机构1，与支撑板1-1、旋转板、电机隔离板4-11共同形成封闭空间作为第二腔室，以将递送控制机构1与外界空间隔离；所述递送控制机构1的递送驱动轴经支撑板1-1上的旋转密封孔伸出，与夹持递送模块2的递送轴连接，将动力传输至夹持部的可转动部分，实现导管导丝的轴向递送；所述旋转盖4-8扣合时与支撑板1-1、旋转板和电机隔离板4-11构成第一腔室以将夹持递送模块2与外界空间隔离。需要说明的是，在递送控制机构1与夹持递送模块2传输动力时，可以为：递送控制机构1的递送驱动轴为半圆轴，夹持递送模块2的递送轴为中空轴，其孔为半圆孔，安装时，半圆轴插入半圆孔，以传输动力；也可以为：递送控制机构1的递送驱动轴与夹持递送模块2的递送轴通过键连接以传输动力，或者其他动力传输的结构，对此本发明不做限定。

具体的，所述旋转板包括前旋转板4-12和后旋转板4-6，所述后旋转板4-6呈不规则圆板，后旋转板4-6的高度大于前旋转板4-12高度，在与前旋转板4-12上的前隔离套筒3-9同轴的位置上设置有后隔离套筒3-3，后旋转板4-6和前旋转板4-12与旋转壳4-7的两个侧面贴合固定；支撑板1-1固定在后旋转板4-6和前旋转板4-12、旋转壳4-7之间，且未完全封闭，在支撑板1-1左侧固定有电机隔离板4-11，支撑板1-1、旋转板、电机隔离板4-11共同形成封闭空间，呈现类似于圆柱的形状，在该封闭空间内安装有递送控制机构1。此外旋转壳4-7的上半部分与电机隔离板4-11围成的空间内安装递送电机1-2和电机驱动器1-3。

进一步的，在支撑板1-1的下表面还固定安装有控制器支撑板1-8，控制器1-7(如STM32板)固定在控制器支撑板1-8上，主端发送信号，从端中的控制器1-7通过无线通信模块1-25接收指令，控制递送用电机1-2运动；所述递送用电机1-2和递送电机驱动器1-3均位于递送电机壳4-10内部，递送电机壳4-10前方方形孔处与电机隔离板4-11固定。

本发明实施例，所述旋转盖4-8经由旋转轴4-9和旋转壳4-7组成可旋转结构；在支撑板1-1的外侧和旋转盖4-8相应位置的外侧设置有卡扣结构，二者通过卡扣可以实现所述旋转盖4-8和支撑板1-1的连接和分离；旋转盖4-8、电机隔离板4-11和支撑板1-1构成第一腔室空间以将夹持递送模块2与外界空间隔离。

进一步的，第一腔室和第二腔室之间设置有支撑板1-1，支撑板1-1上设置有连接件1-24和旋转密封孔1-23，所述夹持递送模块2的盒箱2-4(参见图7)上设置有定位柱2-2-4和齿轮轴孔2-4-2，盒箱2-4安装在支撑板1-1上，盒箱上的定位柱2-2-4与支撑板1-1上的连接件1-24相连，递送控制机构的递送驱动轴穿过支撑板1-1上的旋转密封孔1-23和盒箱上的齿轮轴孔与夹持递送模块2相连。

如图6所示，所述旋转控制机构34包括顺次连接的旋转用动力源、旋转传动机构、后套筒3-8，所述旋转传动机构用于将旋转用动力源的驱动力传输至后套筒3-8，所述后套筒3-8与壳体的后旋转板4-6固连，旋转传动机构将旋转用动力源的驱动力传输至后套筒3-8及壳体，以驱动壳体在安装架上转动。从而通过旋转用动力源的驱动力驱动壳体及安装于壳体内的递送控制机构1和夹持递送模块2整体旋转，同时带动夹持递送模块2所夹持的导管或导丝同步旋转。所述旋转动力源为旋转用电机3-1。

具体的，旋转传动机构包括涡轮3-7和蜗杆3-6，蜗杆3-6与旋转用动力源相连，涡轮3-7与后套筒3-8键连接，蜗杆3-6与旋转用动力源的动力轴连接，通过涡轮3-7与蜗杆3-6的啮合传动，将旋转用动力源的驱动力传输至后套筒3-8。可以理解的是，上述旋转传动机构也可以采用本领域中其他的结构形式，如锥齿轮等，只要是能够实现传动方向改变的结构即可。此外，本发明中是从节省空间的角度出发将旋转用动力源与壳体及内部机构的传动方向垂直设置，根据实际情况，也可以将其设置为相同传动方向，只要能够实现通过旋转用动力源将壳体及内部机构转动即可。

具体的，所述旋转用电机3-1通过联轴器3-2和蜗杆3-6相连，蜗杆3-6两侧由轴承支撑在第一蜗杆轴承座4-1和第二蜗杆轴承座4-3上，和蜗杆3-6相啮合的涡轮3-7连同套筒3-5、轴承依次安装在后套筒3-8上，后套筒3-8和后旋转板4-6由螺钉固定；导电滑环3-4安装在后套筒3-8内部，导电滑环3-4后方固定在后轴承座4-2后方。

后套筒3-8与导电滑环3-4连接，壳体内部的线缆穿过后套筒3-8与导电滑环3-4相连。所述本发明中使用的导电滑环3-4属于电接触滑动连接应用范畴，可以实现两个相对转动机构的数据信号精密输电装置；所述导电滑环3-4为圆柱式滑环，为一种能绕以自身中心线为轴自由旋转的装置，导电滑环3-4前方和后旋转板4-6固定，后方和后轴承座4-2固定，导电滑环3-4前方与旋转板连接的部分为可旋转结构，导电滑环后方与后轴承座连接的部分为固定结构；本发明中旋转用电机3-1通过蜗杆3-6带动和涡轮3-7固定的后套筒3-8、壳体及安装于壳体内的递送控制机构1和夹持递送模块2做旋转运动，其中的递送用电机1-2、控制器1-7元件为有线传输元器件，他们的数据传输线通过导电滑环3-4传递到不旋转的外部。所述本发明使用的导电滑环3-4结构，主要作用为实现需旋转的递送控制机构与不旋转的外部间电源及数据通讯线的连接，作为替代方案，可以使用内置电池进行能源供应，使用无线通讯模块进行数据通讯。

进一步的，安装架4包括前轴承座4-5、后轴承座4-2和固定块4-4。壳体设置在前轴承座4-5与后轴承座4-2之间，前轴承座4-5、壳体和后轴承座4-2上分别设置有对应的轴承孔，壳体与前轴承座4-5和后轴承座4-2分别通过轴承相连，壳体、前轴承座4-5、后轴承座4-3上的轴承的中心孔和夹持递送模块2中的血管介入器械的夹持位置同轴设置。

具体的，前旋转板4-12的上端设置有轴承孔，前轴承座4-5和后轴承座4-2底部通过底面固定块4-4固定在一起，形成“凹”字型结构，前轴承座4-5和前旋转板4-12上部通过轴承穿过相应轴承孔连接在一起，后旋转板4-6上在与前旋转板4-12等高的位置也设置有轴承孔，后旋转板4-6和后轴承座4-2、旋转控制机构3依次通过相应轴承连接，后轴承座4-2和前轴承座4-5作为支撑，可以让由旋转盖4-8、递送电机壳4-10、旋转壳4-7、后旋转板4-6、前旋转板4-12共同包围的空间以两个轴承所在处为轴旋转；所述底面固定块4-4靠近后轴承座的一侧为半包围的凸台结构，半包围的凸台结构的左右侧面分别通过螺栓与第一蜗杆轴承座4-1和第二蜗杆轴承座4-3连接，半包围凸台结构的另一侧面与后轴承座4-2通过螺栓固定在一起，即底面固定块4-4和前轴承座4-5、后轴承座4-2、第一蜗杆轴承座4-1和第二蜗杆轴承座4-3均由螺栓固定，组成本发明血管介入器械连续推捻机器人的支撑结构，即安装架4。

需要说明的是，所述盒箱2-4前后侧面上设置有管丝通过孔2-4-3，盒箱2-4前后侧面上的管丝通过孔2-4-3与前后安装板上的相应隔离套筒同轴，用于管丝通过，管丝通过后与前轴承座4-5、后轴承座4-2、后旋转板4-6上在与前旋转板4-12等高的位置的轴承孔同轴，以实现管丝旋转时的同轴操作。

本申请中递送用电机、旋转用电机的外形尺寸和输出功率、扭矩、转速等在使用中根据空间及动力要求进行选择。本实施例中机器人的前后方向的长度尺寸在10-15cm左右，优选12.5cm内。上面所述管丝为概括性说法，可指代导管、导丝、微导管、微导丝、球囊导管或泥鳅导丝等手术器械。

下面，对本发明的可拆卸模块夹持递送模块2的安装、管丝安装以及递送捻旋操作进行详细说明：

首先，夹持递送模块2为可拆卸式模块化夹持机构，其安装步骤为：

将夹持递送模块2的第一夹持部2-2和第二夹持部2-3安装在盒箱2-4中，均通过盒箱2-4下方的螺钉固定在盒箱2-4上，将盒盖2-1通过卡扣和盒箱2-4固定好，到此完成夹持递送模块2的安装。如图7所示，盒箱2-4下表面有两个相同的定位柱2-4-2，支撑板1-1上方安装有相配合的两个连接件1-24，将定位柱2-4-2固定在对应的连接件1-24中，完成夹持递送模块2的安装和固定。

夹持递送模块2为模块化结构，改变其内部齿轮2-3-7的大小和传送带2-3-2的长度，即可改变两齿形皮带2-3-2之间的间距；进一步即可实现不同直径的管丝的夹持。本实施例中可以设置成具有不同规格的夹持递送模块2，不同规格的夹持递送模块2中两个夹持部件之间的距离不同，可以按照等差数列形式，设置不同距离的夹持递送模块2。

本发明的一种血管介入器械连续推捻机器人具备一下优点：

(1)本发明血管介入器械连续推捻机器人，区别于现有的管丝递送机构和旋转控制机构3由各自的夹持机构组成的情况，本发明实现了递送机构和旋转控制机构3共用同一个夹持机构对管丝进行夹持，从而实现管丝的旋转和递送动作，极大地减小了机器人的整体尺寸，实现机器人小型化、轻量化，有利于运输、安装。

(2)本发明血管介入器械连续推捻机器人，采用由平面直线轴承支撑的齿形皮带结构，可以实现与管丝有较大的接触面积，减小了管丝的正压力，有效的保护其表面涂层不受损；同时可以实现管丝的连续运动，解决了现有的高精度连续递送和可靠回转夹持之间的矛盾。

(3)本发明血管介入器械连续推捻机器人的控制方法，实现了管丝递送和旋转的耦合运动，更加符合实际手术过程中管丝的运动需求。

(4)本发明血管介入器械连续推捻机器人中通过涡轮蜗杆机构驱动夹持递送模块及壳体旋转进而带动管丝旋转的方式，使得该机器人具有旋转精度高、控制精准的优势；蜗杆带动涡轮，传动比高，控制旋转的精度高，动作控制更精确，降低操作误差，此外涡轮蜗杆形式实现交错轴的换向，减少齿轮的使用，节省空间。

(5)本发明血管介入器械连续推捻机器人中可以设置有不同齿形皮带间距的夹持递送模块，形成不同规格的系列夹持递送模块产品，通过更换不同规格的夹持递送模块，可以适用于不同直径的导管、导丝或其他手术器械的夹持。

(6)本发明血管介入器械连续推捻机器人体积小、控制精度高，能够实现对管丝的连续递送及旋转控制，进而可以实现多个机器人的协同工作，通过协同控制两个或多个该推捻机器人，即可实现介入手术的多器械协同操作。

本发明的血管介入器械连续推捻机器人的操作方法包括：

接收管丝控制指令，所述管丝控制指令包括轴向递送、轴向撤回、捻旋中的一种或多种；

根据所述管丝控制指令，控制所述递送用电机1-2递送用电机1-2和旋转用电机3-1的运动以实现相应的管丝控制操作。

进一步的，管丝的安装步骤为：

在完成夹持递送模块2的安装后，将后隔离套筒3-3在后面从导电滑环3-4中间孔穿入到回夹持递送模块2位置，将前隔离套筒3-9在前方，从前轴承座4-5中间孔处穿入到夹持递送模块2位置处，使得后隔离套筒3-3、夹持递送模块2以及前隔离套筒3-9形成一个密闭的空间，便于管丝的递送；首先控制递送用电机1-2旋转带动夹持递送模块2内传送带2-3-2先向前旋转，然后从后隔离套筒3-3中手动传入管丝到夹持递送模块2的平面轴承所在区域内停下，在传送带2-3-2的带动下，管丝会自动从前隔离套筒3-9中间穿出，完成管丝的安装。

其中，所述管丝的轴向递送操作控制方法为：

主端发送信号，从端无线通信模块1-22接收信号，发送给递送电机驱动器1-3，控制递送用电机1-2旋转，带动第一皮带轮1-9旋转，经由皮带1-11，带动第二皮带轮1-10旋转，第二皮带轮1-10和第一齿轮1-18均安装在第一轴1-19上，故第一齿轮1-18旋转，经过相互啮合的第二齿轮1-13，将运动传递到第三齿轮1-14，第三齿轮1-14和第四齿轮1-15均安装在第三轴1-21上，故第四齿轮1-15旋转，由于第四齿轮1-15和第五齿轮1-16外啮合且大小相等，故第五齿轮1-16所在的第四轴1-23旋转，且与第三轴1-21旋向相反，转速大小相等。第三轴1-21和第四轴1-23上表面位于支撑板1-1上方，和夹持部件内的齿轮轴2-3-8相配合连接，因此，带动第一夹持部件2-2和第二夹持部件2-3上的齿形传送带2-3-2做旋向相反速度相等的旋转，共同驱动管丝的轴向递送。

管丝的扭转操作控制方法为：

主端控制器发送信号控制旋转用电机3-1输出轴旋转，经由联轴器3-2带动蜗杆3-6旋转，蜗杆3-6和涡轮3-7啮合运动，故涡轮3-7做绕旋转运动，涡轮3-7和后套筒3-8固连，后套筒3-8和后旋转板4-6固连，又由于后旋转板4-6和支撑板1-1固连，支撑板1-1和夹持递送模块2固连，因此夹持递送模块2做绕以管丝轴向为轴的旋转运动；夹持递送模块2内管丝在两齿形传送带2-3-2夹持下，跟随着做以自身轴线方向为轴的旋转运动，实现管丝的旋转运动。

所述管丝的轴向递送和扭转耦合操作控制方法为：

根据所述管丝的旋转运动控制过程中，不改变管丝和齿形传送带2-3-2的接触状态，因此可以实现递送和旋转耦合运动。根据所述管丝的轴向递送运动控制步骤和所述管丝的旋转运动控制步骤，主端发出信号，同时控制着旋转用电机3-1和递送用电机1-2的运动，即可实现轴向递送和旋转耦合运动。

本发明中所述的“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等方位词是一个相对概念，以管丝递送的方向为前后，以旋转盖卡扣结构所在方向为左，以旋转轴所在方向为右。

本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (17)

1.一种血管介入器械连续推捻机器人，其特征在于，包括：

夹持递送模块，血管介入器械穿过夹持递送模块，由夹持递送模块夹持，夹持递送模块中设置有可转动单元，可转动单元驱动血管介入器械轴向移动；

旋转控制机构，与夹持递送模块相连，可驱动夹持递送模块转动，以实现血管介入器械的周向转动。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，夹持递送模块驱动血管介入器械轴向移动的轴线与旋转控制机构驱动血管介入器械周向转动的轴线重合。

3.根据权利要求2所述的机器人，其特征在于，包括安装架和壳体，夹持递送模块设置在壳体中，壳体可转动的设置在安装架上，旋转控制机构与壳体相连，可驱动壳体在安装架上转动，以实现血管介入器械的周向转动。

4.根据权利要求3所述的机器人，其特征在于，安装架包括前轴承座和后轴承座，壳体设置在前轴承座和后轴承座之间，前轴承座、壳体和后轴承座上分别设置有对应的轴承孔，壳体与前轴承座和后轴承座分别通过轴承相连，壳体、前轴承座、后轴承座上的轴承的中心孔和夹持递送模块中的血管介入器械的夹持位置同轴设置。

5.根据权利要求3所述的机器人，其特征在于，旋转控制机构包括顺次连接的旋转用动力源、旋转传动机构和后套筒，后套筒与壳体相连，旋转传动机构将旋转用动力源的驱动力传输至后套筒及壳体，以驱动壳体在安装架上转动。

6.根据权利要求5所述的机器人，其特征在于，旋转传动机构包括相互连接的涡轮和蜗杆，蜗杆与旋转用动力源相连，涡轮与后套筒相连，涡轮与蜗杆啮合传动，以将旋转用动力源的驱动力传输至后套筒。

7.根据权利要求5所述的机器人，其特征在于，后套筒与导电滑环连接，壳体内部的线缆穿过后套筒与导电滑环相连。

8.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，夹持递送模块包括相对设置的夹持部，夹持部上设置有可转动的传送带，血管介入器械由相对设置的夹持部上的传送带夹持，传送带相对转动可驱动血管介入器械轴向移动。

9.根据权利要求8所述的机器人，其特征在于，夹持部包括支撑架，支撑架上设置有两个可转动的递送轴，传送带套接在两个递送轴的外侧，传送带位于两个递送轴之间的直线部分用以夹持血管介入器械，以使传送带与血管介入器械呈面接触。

10.根据权利要求9所述的机器人，其特征在于，递送轴的两端设置有齿轮，传送带上对应的两侧内圈设置有齿牙，传送带上的齿牙与递送轴上的齿轮相互啮合，以形成啮合传动力。

11.根据权利要求9所述的机器人，其特征在于，传送带的内侧设置有支撑结构，血管介入器械由相对设置的夹持部上的传送带夹持时，支撑结构可朝向血管介入器械方向支撑传送带，以提高传送带对血管介入器械的夹持力。

12.根据权利要求8所述的机器人，其特征在于，还包括递送控制机构，递送控制机构包括顺次连接的递送动力源、递送传动机构和递送驱动轴，递送驱动轴与夹持递送模块中的夹持部相连，递送传动机构将递送动力源的动力传输给递送驱动轴，递送驱动轴驱动夹持递送模块中的夹持部运动。

13.根据权利要求12所述的机器人，其特征在于，递送传动机构包括第一传动轴系统和第二传动轴系统，第一传动轴系统包括第一轴，第一轴上设置有第二皮带轮和第一齿轮，第二传动轴系统包括第二轴，第二轴上设置有第二齿轮，第一轴上的第二皮带轮通过皮带与递送动力源上的第一皮带轮连接，以传递递送动力源的动力，第一轴上的第一齿轮与第二轴上的第二齿轮啮合，第二齿轮与递送驱动轴啮合，以将动力传输给递送驱动轴。

14.根据权利要求13所述的机器人，其特征在于，递送驱动轴包括第三转动轴系统和第四转动轴系统，第三转动轴系统包括第三轴，第三轴上设置有第三齿轮和第四齿轮，第四转动轴系统包括第四轴，第四轴上设置有第五齿轮，第三轴上的第三齿轮与递送传动机构中的第二齿轮啮合，第三轴上的第四齿轮与第四轴上的第五齿轮啮合，第三轴和第四轴分别与夹持递送模块中的夹持部相互连接，以将递送动力源的动力传递给夹持递送模块中相对设置的夹持部。

15.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，包括壳体，壳体内部设置有第一腔室和第二腔室，夹持递送模块设置在第一腔室中，第二腔室中设置有递送控制机构，递送控制机构与夹持递送模块相连，以驱动夹持递送模块中的可转动单元运动。

16.根据权利要求15所述的机器人，其特征在于，夹持递送模块包括相互扣合的盒箱和盒盖，相对设置的夹持部设置在盒箱内部，盒箱的侧壁上设置有管丝通过孔；壳体包括旋转盖，旋转盖可打开或关闭第一腔室，盒箱可拆卸地设置在壳体的第一腔室中。

17.根据权利要求15所述的机器人，其特征在于，第一腔室和第二腔室之间设置有支撑板，支撑板上设置有连接件和旋转密封孔，盒箱上设置有定位柱和齿轮轴孔，盒箱安装在支撑板上，盒箱上的定位柱与支撑板上的连接件相连，递送控制机构的递送驱动轴穿过支撑板上的旋转密封孔和盒箱上的齿轮轴孔与夹持递送模块相连。

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