CN114983573B - 一种夹持间距可调的介入手术用连续递送机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种夹持间距可调的介入手术用连续递送机器人，包括：夹持递送模块及其运动控制模块两个部分；所述夹持递送模块的两个夹持部件相对面之间的距离能够调节，通过距离调节夹紧管丝，同时通过夹持部件与管丝的面接触形式递送管丝；所述运动控制模块用于控制夹持递送模块的实现夹紧动作和递送运动。该机器人能够实现血管介入管丝连续递送和可靠夹持，不论导管还是导丝都能适用。
Description
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的运动的控制技术，更具体的说是一种用于介入手术的夹持间距可调的递送机器人。
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。
目前国内外很多研究机构和高校开展血管介入机器人的研发。
目前现有的血管介入机器人对于导管导丝的夹持方式主要有两种：摩擦轮式、V型夹紧原理。
例如美国Corindus公司研制的CorPath 200系统，导管夹持机构采用双滚轮式结构，通过摩擦力夹紧并驱动导管导丝进行运动，虽然可以实现管丝连续递送，但因滚轮与管丝间为单点硬接触，不能实现不同直径的管丝夹持，同时难以实现其可靠夹持，当加持力过小时存在打滑问题，当加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。
发明内容
针对现有血管介入机器人的共性问题：难以解决管丝连续递送和可靠夹持的矛盾，本发明提供一种夹持间距可调的介入手术用连续递送机器人，该机器人能够实现血管介入管丝连续递送和可靠夹持，不论导管还是导丝都能适用。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：
一种夹持间距可调的介入手术用连续递送机器人，包括：夹持递送模块及其运动控制模块两个部分，
所述夹持递送模块的两个夹持部件相对面之间的距离能够调节，通过距离调节夹紧管丝，同时通过夹持部件与管丝的面接触形式递送管丝；
所述运动控制模块用于控制夹持递送模块的实现夹紧动作和递送运动。
所述运动控制模块包括递送运动控制机构、夹持力检测机构、四杆机构；
所述递送运动控制机构用于使夹持递送模块的两个夹持部件产生使得管丝受力相同的方向的作用力，且同步动作，实现管丝递送功能；
所述夹持力检测机构用于控制夹持递送模块夹持不同尺寸的管丝、控制管丝的松紧状态和检测管丝上的力大小；
所述四杆机构用于传递动力，使两个夹持部件实现同步转动，同时在调节夹持部件相对面之间的距离时被动地适应性调整。
该装置通过控制夹持部件之间的间距，可以实现不同尺寸的管丝有效夹持；
所述夹持力检测机构中安装有拉压力传感器，通过有效计算，可实时获得作用在管丝上的推拉力，以及管丝受到的阻力大小。
本发明中所述管丝可以有导管、导丝、微导管、微导丝、球囊导管、泥鳅导丝等手术器械。
所述夹持递送模块包括盒盖、盒箱、第一夹持部件和第二夹持部件；两个夹持部件结构形式相同，不同之处在于其中一个夹持部件位置固定不动，另一个夹持部件的位置能沿左右方向调整；
每个夹持部件均包括上盖、支撑架、齿形皮带、平面直线轴承和两个相同的递送轴；
所述支撑架2-3-3为左右对称的倒T型结构，包括水平底面和中间竖直部分，水平底面上以中间竖直部分为对称轴对称设置轴承孔，用于递送轴2-3-4上相应轴承的安装定位；中间竖直部分的上部用来安装支撑上盖2-3-1，中间竖直部分的侧面固定安装平面直线轴承2-3-6；
每个递送轴的上部和下部分别通过相应轴承安装有齿轮，递送轴上的两个齿轮之间具有一定间距；两个相同的递送轴下端通过相应轴承对称安装在支撑架两侧的轴承孔中；
所述齿形皮带2-3-2为上下两侧内圈有齿，中间没有齿的皮带；上下两侧内圈的齿和递送轴2-3-4上下的两个齿轮2-3-8相互啮合传动；齿形皮带的中间光滑部分和平面直线轴承2-3-6上的滚针接触，齿形皮带从上向下放置，使得两个递送轴和平面直线轴承均位于齿形皮带的内侧，齿形皮带2-3-2旋转运动过程中，与其接触的滚针能在不增加摩擦力的前提下向齿形皮带提供支撑；
两个夹持部件在安装时注意保持各自平面直线轴承处于面对面位置关系，管丝从两夹持部件中间穿过。
所述能沿左右方向调整位置的夹持部件，在上盖和支撑架下方的前后侧面上均设置有两个突起，两个突起上安装有轴承，在盒箱上安装该支持部件的相应位置的前后内壁上设置有与突起上轴承配合的轴承轨道，该夹持部件放置在轴承轨道上，能带动该夹持部件在轴承轨道上沿左右方向滑动，减少摩擦力。
所述运动控制模块包括递送运动控制机构、夹持力检测机构、四杆机构、电机外壳、电机隔离板、前安装板、后安装板、滑动隔离片、连接件、隔离片、支撑板、下安装板、递送电机、翻盖；
前安装板3-6、后安装板3-7、下安装板3-12、和支撑板3-11围成的空间内安装递送运动控制机构3-3、夹持力检测机构3-2、四杆机构3-1，下安装板为弧形弯曲板，前安装板与下安装板的一个侧面贴合固定，且前安装板的上端设置有前密封件2-6；后安装板呈不规则圆板，后安装板的高度大于前安装板高度，在与前安装板上前密封件同轴的位置上设置有后密封件，后安装板与下安装板的另一个侧面贴合固定；支撑板固定在前、后安装板和下安装板之间，且未完全封闭，在支撑板左侧固定有电机外壳3-4，朝向支撑板一侧的电机外壳侧面上安装电机隔离板2-5，电机外壳3-4和电机隔离板3-5围成的空间内安装递送电机3-17和电机驱动器3-18；
在电机外壳的顶部设置有旋转轴2-5，翻盖一端与旋转轴转动连接，翻盖沿旋转轴转动恰好扣合在支撑板所在区域内，在翻盖和支撑板所围成的空间内安装夹持递送模块2。
所述递送电机3-17的输出轴直接连接递送运动控制机构3-3，控制递送运动控制机构3-3的运动；四杆机构3-1一方面与递送运动控制机构3-3传动，能够跟随递送运动控制机构转动，四杆机构另一方面与夹持力检测机构3-2的移动端接触，能被动适应左右方向位置的调整。
所述运动控制模块还包括STM32板，在支撑板3-11的下表面固定安装有STM32安装板3-16，STM32板3-15固定在STM32安装板3-16上，STM32板3-15接收主端的指令，同时控制递送电机3-17和推杆电机3-2-1动作。
所述递送运动控制机构包括第一皮带轮、第二皮带轮、皮带、第一齿轮、第一轴、第二齿轮、第二轴、第三齿轮、第三轴、第四轴、第一轴承座；递送电机3-17的输出轴连接所述第一皮带轮3-3-1，第一皮带轮3-3-1和第二皮带轮3-3-2的运动由皮带3-3-3传动；所述第二皮带轮3-3-2安装在第一轴3-3-5下部，第一轴的上部通过轴承和轴用弹性挡圈固定安装有第一齿轮3-3-4，第二皮带轮的转动进而带动第一轴转动，第一轴转动带动第一齿轮转动，因而实现第一齿轮3-3-4在递送电机3-17的驱动下沿第一轴旋转；在第一轴的前方沿管丝输送方向还设置有第二轴和第三轴，第二轴上通过轴承和轴用弹性挡圈固定安装第二齿轮3-3-6，所述第一齿轮3-3-4和第二齿轮3-3-6啮合传动；在第三轴上通过轴承和轴用弹性挡圈固定安装第三齿轮3-3-8，所述第二齿轮3-3-6和第三齿轮3-3-8啮合传动，三个齿轮同高度依次啮合传动，第一轴3-3-5、第二轴3-3-7和第三轴3-3-9上方的用于固定相应齿轮的轴承安装在支撑板3-11下方对应的轴承孔中；在第三齿轮下方的第三轴3-3-9上也安装有轴承，通过该轴承安装在第一轴承座3-3-11上，第一轴承座3-3-11经四杆机构上的第二轴承座3-1-2和支撑板3-11以及下安装板3-12相固定；所述第三轴3-3-9的上端穿出支撑板3-11且与相应位置的夹持递送模块的一个夹持部件的齿轮2-3-8固定，带动该夹持部件转动；所述第三轴的下部穿过第一轴承座3-3-11安装有一个锥齿轮；该锥齿轮与四杆机构上相应位置的锥齿轮相啮合。
所述四杆机构用于第四轴轴位置不固定的情况下将运动从第三轴传递到第四轴上，第四轴和第二四杆轴均可以随着滑动块可以在沿着直线滑轨的方向上运动，故第四轴和第二四杆轴相对位置不变，轴上安装的第三锥齿轮和第四锥齿轮始终相互啮合传动，始终将运动传递到第四轴上；在所述滑动块滑动时，将带动四个四杆件组成的铰链位置随之调整。
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明机器人，采用两个间距可调的夹持部件构成，能够适用于各种规格尺寸的管丝。尤其是设置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大小，有效地保护其表面涂层不受损；同时可以实现管丝的连续运动，解决了现有的连续递送和可靠回转夹持之间的矛盾。
(2)本发明机器人，采用推杆电机经由拉压力传感器改变皮带之间的间距，实现了作用在管丝上夹紧力可检测，从而实现对手术器械的保护，对手术过程的安全提供一定程度的保障。同时有效的实现了不同尺寸管丝的夹持和递送，尤其可以调整作用在管丝上的夹紧力大小。
(3)本发明机器人，提出了一种基于平行四边形原理的四杆机构，实现了两个夹持部件的同步运动，且又能实现一个夹持部件向另一个夹持部件移动时的自适应的调整，实现了位置不固定轴的运动动力的传递。四杆机构的设置提高了机器人操作的控制精度，实时控制。
(4)本发明机器人能实现对一个管丝的连续性工作，减小从端装置的尺寸，简化从端结构，通过协同控制两个或多个该机器人，即可实现介入手术的多器械协同操作。本申请机器人一次只能实现一个器械的运动控制，但是可以使用两个或多个该机构，同时控制多种器械进行协同控制，实现多器械的连续工作，即可以实现对导管、导丝、微导管、微导丝等手术器械的协同控制。克服了现有技术中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—加紧管丝，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的弊端。
附图说明
图1为本发明介入手术用机器人整体结构图；
图2为本发明介入手术用夹持递送模块结构示意图；
图3为本发明介入手术用夹持递送模块内部结构爆炸图；
图4为本发明介入手术用夹持递送模块底部安装示意图；
图5为本发明介入手术用夹持递送模块快速拆装结构示意图；
图6为本发明介入手术用运动控制模块整体示意图；
图7为本发明介入手术用控制递送机构图；
图8为本发明介入手术用夹持力检测机构示意图；
图9为本发明介入手术用四杆机构示意图；
附图的编号分别表示为：
1、管丝；2、夹持递送模块；3、运动控制模块；
2-1、盒盖；2-2、第一夹持部件；2-3、第二夹持部件；2-4、盒箱；2-5、旋转轴；2-6、前密封件；2-7、后密封件；2-8、翻盖；2-3-1、上盖；2-3-2、齿形皮带；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、轴承；2-3-8、齿轮；2-3-9、齿轮轴；2-4-1、定位柱；2-4-2、滑动轴孔；2-4-3、齿轮轴孔；2-4-4、管丝通过孔；
3-1；四杆机构；3-2夹持力检测机构；3-3、递送运动控制机构；3-4、电机外壳；3-5、电机隔离板；3-6、前安装板；3-7、后安装板、3-8、滑动隔离片；3-9、连接件、3-10、隔离片；3-11、支撑板；3-12、下安装板；3-13、HX711；3-14、无线通讯模块；3-15、STM32板；3-16、STM32安装板；3-17、递送电机；3-18、电机驱动器
3-3-1、第一皮带轮；3-3-2、第二皮带轮；3-3-3、皮带；3-3-4、第一齿轮；3-3-5、第一轴；3-3-6、第二齿轮；3-3-7、第二轴；3-3-8、第三齿轮；3-3-9、第三轴；3-3-10、第四轴；3-3-11、第一轴承座；
3-2-1、推杆电机；3-2-2、电机下支架；3-2-3、电机上支架；3-2-4、拉压力传感器；3-2-5、直角连接件；3-2-6、直线滑轨；3-2-7、滑块；3-2-8、滑块连接件；3-2-9、滑动块；
3-1-1、一号轴承；3-1-2、第二轴承座；3-1-3、二号轴承；3-1-4、第一锥齿轮；3-1-5、第二锥齿轮；3-1-6、第一四杆轴；3-1-7、第一四杆件；3-1-8、第二四杆件；3-1-9、第三四杆件；3-1-10、第四四杆件；3-1-11、第二四杆轴；3-1-12、第三锥齿轮；3-1-13、第四锥齿轮；3-1-14、第三轴承座；3-1-15、滑动块连接件。
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。
如图1所示，本发明所述的一种导管导丝夹紧力可实时检测的安全夹持机构，包括：夹持递送模块2、及其运动控制模块3两个部分，其中：
如图2、3、4所示，所述夹持递送模块2用于夹紧并递送管丝1等手术器械，由盒盖2-1、盒箱2-4、第一夹持部件2-2和第二夹持部件2-3组成；
所述第二夹持部件2-3由上盖2-3-1、支撑架2-3-3、齿形皮带2-3-2、平面直线轴承2-3-6、轴承支撑架2-3-5、轴承和两个相同的递送轴2-3-4组成；所述递送轴2-3-4由齿轮轴2-3-9、齿轮2-3-8、轴用钢丝挡圈、轴承组成。
所述齿轮2-3-8、轴用钢丝挡圈和轴承依次对称安装在齿轮轴2-3-9上，组成递送轴2-3-4；所述两个相同的递送轴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；所述轴承支撑架2-3-5用连接螺钉固定在支撑架2-3-3中间平面上，再将平面直线轴承2-3-6连接在轴承支撑架2-3-5上，完成平面直线轴承2-3-6的安装；再将所述齿形皮带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均位于齿形皮带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的上方；最后在上盖2-3-1和支撑架2-3-3下方左右两侧突起上各安装轴承2-3-7。
所述支撑架2-3-3为左右对称的倒T型结构，包括水平底面和中间竖直部分：水平底面上以中间竖直部分为对称轴对称设置轴承孔，用于递送轴2-3-4上轴承的安装定位；中间竖直部分的上部用来安装支撑上盖2-3-1，中间竖直部分的侧面固定安装平面直线轴承2-3-6；
所述第一夹持部件2-2和第二夹持部件2-3结构基本一致，不同之处在于在第二夹持部件2-3的上盖2-3-1和支撑架2-3-3的水平底面的前后侧面均各存在突起来安装轴承2-3-7，使得第二夹持部件2-3可以在盒箱2-4的相应轴承轨道中滑动；而第一夹持部件2-2两侧没有这个突起，除此之外，上述第一夹持部件2-2和第二夹持部件2-3结构相同；所述第一夹持部件2-2和第二夹持部件2-3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。
所述齿形皮带2-3-2为上下两侧内圈有齿，中间没有齿的皮带；上下两侧内圈的齿和递送轴2-3-4上下两个齿轮2-3-8相互啮合传动；齿形皮带的中间光滑，和平面直线轴承2-3-6上的滚针接触，齿形皮带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。
将所述第一夹持部件2-2和第二夹持部件2-3安装在盒箱2-4中；所述第一夹持部件2-2通过盒箱2-4下方的螺钉固定在盒箱2-4上；所述第二夹持部件2-3放置在盒箱2-4前后内壁上的相应轴承轨道上，使第二夹持部件在竖直方向上进行限位，同时又能可以在垂直于管丝1的方向上滑动，轴承方式减少了摩擦阻力。
所述盒箱2-4(参见图4)的底部在安装两个夹持部件对应的位置上分别设置有齿轮轴孔2-4-3和滑动轴孔2-4-2及定位柱2-4-1，通过定位柱与运动控制模块中的支撑板上相应位置的连接件3-9对应，二者配合能使盒箱固定在支撑板的特定位置处；盒箱固定好后，盒箱前后侧面上的管丝通过孔2-4-4与前后安装板上的相应密封件同轴，用于管丝通过。
如图6所示，所述运动控制模块3用于控制夹持递送模块的运动，主要包括：递送运动控制机构3-3、夹持力检测机构3-2、四杆机构3-1；
所述运动控制模块3由递送运动控制机构3-3、夹持力检测机构3-2、四杆机构3-1、电机外壳3-4、电机隔离板3-5、前安装板3-6、后安装板3-7、滑动隔离片3-8、连接件3-9、隔离片3-10、支撑板3-11、下安装板3-12、HX7113-13、无线通讯模块3-14、STM32板3-15、STM32安装板3-16、递送电机3-17组成。前安装板3-6、后安装板3-7、下安装板3-12、和支撑板3-11围成的空间内安装递送运动控制机构3-3、夹持力检测机构3-2、四杆机构3-1，下安装板为弧形弯曲板，前安装板与下安装板的一个侧面贴合固定，且前安装板的上端设置有前密封件2-6；后安装板呈不规则圆板，后安装板的高度大于前安装板高度，在与前安装板上前密封件同轴的位置上设置有后密封件，后安装板与下安装板的另一个侧面贴合固定；支撑板固定在前、后安装板和下安装板之间，且未完全封闭，在支撑板左侧固定有电机外壳3-4，朝向支撑板一侧的电机外壳侧面上安装电机隔离板2-5，电机外壳3-4和电机隔离板3-5围成的空间内安装递送电机3-17和电机驱动器3-18；
在电机外壳的顶部设置有旋转轴2-5，翻盖2-8一端与旋转轴转动连接，翻盖沿旋转轴转动恰好扣合在支撑板所在区域内，在翻盖和支撑板所围成的空间内安装夹持递送模块2。
所述递送电机3-17的输出轴直接连接递送运动控制机构3-3，控制递送运动控制机构3-3的运动；所述递送运动控制机构用于控制夹持递送模块的递送功能，即实现齿形皮带的转动；所述夹持力检测机构用于控制夹持递送模块夹持不同尺寸的管丝、控制管丝的松紧状态和检测管丝上的力大小；
四杆机构3-1一方面与递送运动控制机构3-3传动，能够跟随递送运动控制机构转动，四杆机构另一方面与夹持力检测机构3-2的移动端接触，能被动适应左右方向位置的调整。
在支撑板3-11的下表面固定安装有STM32安装板3-16，STM32板3-15固定在STM32安装板3-16上，主端发送信号，从端中的STM32板3-15通过无线通信模块3-14接收指令，控制递送电机3-17和推杆电机3-2-1运动；HX7113-13是高精度的24位A/D转换器芯片，测量拉压力传感器3-2-4的具体数值。
如图7所示，所述递送运动控制机构3-3用于控制夹持递送模块2的递送功能，由第一皮带轮3-3-1、第二皮带轮3-3-2、皮带3-3-3、第一齿轮3-3-4、第一轴3-3-5、第二齿轮3-3-6、第二轴3-3-7、第三齿轮3-3-8、第三轴3-3-9、第四轴3-3-10、第一轴承座3-3-11组成。
递送电机3-17的输出轴连接所述第一皮带轮3-3-1，第一皮带轮3-3-1和第二皮带轮3-3-2的运动由皮带3-3-3传动；所述第二皮带轮3-3-2安装在第一轴3-3-5下部，第一轴的上部通过轴承和轴用弹性挡圈固定安装有第一齿轮3-3-4，第二皮带轮的转动进而带动第一轴转动，第一轴转动带动第一齿轮转动，因而实现第一齿轮3-3-4在递送电机3-17的驱动下沿固定轴(第一轴)旋转；在第一轴的前方沿管丝输送方向还设置有第二轴和第三轴，第二轴上通过轴承和轴用弹性挡圈固定安装第二齿轮3-3-6，所述第一齿轮3-3-4和第二齿轮3-3-6啮合传动；在第三轴上通过轴承和轴用弹性挡圈固定安装第三齿轮3-3-8，所述第二齿轮3-3-6和第三齿轮3-3-8啮合传动，三个齿轮同高度依次啮合传动，第一轴3-3-5、第二轴3-3-7和第三轴3-3-9上方的用于固定相应齿轮的轴承安装在支撑板3-11下方对应的轴承孔中；在第三齿轮下方的第三轴3-3-9上也安装有轴承，通过该轴承安装在第一轴承座3-3-11上，第一轴承座3-3-11经四杆机构上的第二轴承座3-1-2和支撑板3-11以及下安装板3-12相固定；所述第三轴3-3-9的上端穿出支撑板3-11且与相应位置的夹持递送模块的一个夹持部件的齿轮2-3-8固定，带动该夹持部件转动；所述第三轴的下部穿过第一轴承座3-3-11安装有一个锥齿轮；该锥齿轮与四杆机构上相应位置的锥齿轮相啮合；
经由锥齿轮的啮合传动，可以将第三轴3-3-9的竖直旋转运动转变为水平旋转运动，且运动经四杆机构传递到第四轴3-3-10上，使第四轴3-3-10做竖直旋转运动，第四轴的上端经滑动块和支撑板与另一个夹持部件的相应齿轮固定，从而带动另一夹持部件转动，实现两个夹持部件的同步反向转动；结合图7中锥齿轮的安装位置可以得知：第三轴3-3-9和第四轴3-3-10转速大小相同，旋转方向相反；第三轴3-3-9和第四轴3-3-10上方均为四棱柱结构，分别深入到夹持递送模块2中第一夹持部件2-2和第二夹持部件2-3中的齿轮轴2-3-9的底部四边形孔中，带动两齿轮轴2-3-9转动，且旋转方向相反，从而驱动第一夹持部件2-2和第二夹持部件2-3中齿形皮带2-3-2朝着相反的方向转动，两齿形皮带2-3-2在靠近中间的位置(即两个齿形皮带的相对面)均向前或者向后运动，该中间位置由平面直线轴承支撑，从而驱动管丝1向前或向后运动，实现连续运动。
如图8所示，所述夹持力检测机构3-2用于控制夹持递送模块2夹持不同尺寸的管丝1、控制管丝1的松紧状态和检测管丝1上的力大小，由推杆电机3-2-1、电机下支架3-2-2、电机上支架3-2-3、拉压力传感器3-2-4、直角连接件3-2-5、滑动块3-2-9、滑块3-2-7、直线滑轨3-2-6组成。
所述电机下支架3-2-2和电机上支架3-2-3相接触，由螺钉固定，电机下支架3-2-2和电机上支架3-2-3均用来固定推杆电机3-2-1的位置，推杆电机3-2-1输出轴与拉压力传感器3-2-4相连，拉压力传感器3-2-4另一端经由直角连接件3-2-5和螺钉固定在滑动块3-2-9下方，所述直角连接件3-2-5一条直角边通过螺钉与拉压力传感器固定，直角连接件的另一条直角边呈水平状态连接滑动块3-2-9；直角连接件连接拉压力传感器的一侧靠近递送电机，推杆电机所在一侧靠近第四轴所在位置，
所述滑动块3-2-9的左右两端均分别用滑块连接件3-2-8和螺钉固定在滑块3-2-7上，滑块3-2-7均在直线滑轨3-2-6上滑动；所述直线滑轨3-2-6的上端和支撑板3-11的下表面固定；所述滑动块3-2-9在第四轴所在位置设置有通孔，用于第四轴3-3-10从其间通过。
所述推杆电机3-2-1将会通过拉压力传感器3-2-4、直角连接件3-2-5带动滑动块3-2-9左右运动；所述滑动块3-2-9固定在滑块3-2-7上，能在滑块的带动下沿着直线滑轨3-2-6的布置方向滑动，进而使得第四轴3-3-10随着滑动块3-2-9沿着直线滑轨3-2-6的布置方向运动，即实现第四轴的左右运动，进而实现一个夹持部件朝向或背离另一个夹持部件移动；
第四轴的上部伸出滑动块的上部并通过相应轴承与滑动块固定，且第四轴的上端穿过盒箱上的滑动轴孔2-4-2伸入到盒箱内，第四轴的下部穿出滑动块的下部连接有一个锥齿轮，该锥齿轮与四杆机构上相应位置的锥齿轮相互啮合，第四轴的左右移动会带动四杆机构左右伸缩移动。所述滑动块上与第四轴等高位置还设置有随动柱，随动柱也经盒箱上的相应滑动轴孔伸入盒箱内与位置能移动的支持部件中的递送轴连接。第四轴的上端也与该支持部件的相应递送轴连接。
如图9所示，所述四杆机构3-1用于在两轴轴心距不固定的前提下传递运动，由第二轴承座3-1-2、第一锥齿轮3-1-4、第二锥齿轮3-1-5、第一四杆轴3-1-6、第一四杆件3-1-7、第二四杆件3-1-8、第三四杆件3-1-9、第四四杆件3-1-10、第二四杆轴3-1-11、第三锥齿轮3-1-12、第四锥齿轮3-1-13、第三轴承座3-1-14、滑动块连接件3-1-15、轴承、钢丝挡圈和螺钉组成。
所述第二锥齿轮3-1-5安装在递送运动控制机构3-3中的第三轴3-3-9下方，和第一锥齿轮3-1-4啮合，所述第一锥齿轮3-1-4和二号轴承3-1-3、一号轴承3-1-1、钢丝挡圈依次安装在第一四杆轴3-1-6上，二号轴承3-1-3和一号轴承3-1-1的双轴承安装方式有效的提高了第一四杆轴3-1-6的径向稳定性；
所述第一四杆件3-1-7、第二四杆件3-1-8、第三四杆件3-1-9和第四四杆件3-1-10通过螺栓构成两两铰接，构成临边相等的平行四边形，其中一个对角线的铰链处分别铰接第一四杆轴3-1-6、第二四杆轴3-1-11；所述第一四杆轴3-1-6轴向位置固定，第二四杆轴3-1-11轴向位置不固定，其由滑动块连接件3-1-15固定在滑动块3-2-9上，第二四杆轴能够随滑动块沿着直线滑轨3-2-6方向运动，进而调节两个夹持部件之间的距离；所述第二四杆轴3-1-11上安装第四锥齿轮3-1-13、双轴承和钢丝挡圈，双轴承安装在第三轴承座3-1-14中；所述第三轴承座3-1-14和滑动块连接件3-1-15固连，所述滑动块连接件3-1-15固连在滑动块3-2-9右侧；所述第三锥齿轮3-1-12和第四准齿轮3-1-13啮合，第三锥齿轮3-1-12安装在递送运动控制机构的第四轴3-3-10上。
所述滑动块连接件为L型结构，L型结构的水平面与第三轴承座固定在一起，L型结构的竖直面与滑动块3-2-9固连。
所述四杆机构3-1用于第四轴3-3-10轴位置不固定的情况下将运动从第三轴3-3-9传递到第四轴3-3-10上，第四轴3-3-10和第二四杆轴3-1-11均可以随着滑动块3-2-9可以在沿着直线滑轨3-2-6的方向上运动，故第四轴3-3-10和第二四杆轴3-1-11相对位置不变，轴上安装的第三锥齿轮3-1-12和第四锥齿轮3-1-13始终相互啮合传动，通过锥齿轮啮合传动始终将运动传递到第四轴3-3-10上；在所述滑动块3-2-9滑动时，将带动四个四杆件组成的铰链位置随之调整，实现对两个支持部件间距的调整。
本发明中夹持递送模块2为可拆卸式模块化形式。夹持递送模块2的安装步骤为：
所述齿轮2-3-8、轴用钢丝挡圈和轴承依次对称安装在齿轮轴2-3-9上，组成递送轴2-3-4；所述两个相同的递送轴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；所述轴承支撑架2-3-5用连接螺钉固定在支撑架2-3-3中间平面上，再将平面直线轴承2-3-6连接在轴承支撑架2-3-5上，完成平面直线轴承2-3-6的安装；再将所述齿形皮带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均位于齿形皮带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的上方；最后在上盖2-3-1和支撑架2-3-3下方左右两侧突起上各安装轴承2-3-7。
所述第一夹持部件2-2和第二夹持部件2-3结构基本一致，不同之处在于在第二夹持部件2-3的上盖2-3-1和支撑架2-3-3左右两侧各存在突起来安装轴承2-3-7，使得第二夹持部件2-3可以在盒箱2-4中滑动；而第一夹持部件2-2两侧没有这个突起，除此之外，上述第一夹持部件2-2和第二夹持部件2-3结构相同；所述第一夹持部件2-2和第二夹持部件2-3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。
将所述第一夹持部件2-2和第二夹持部件2-3安装在盒箱2-4中；所述第一夹持部件2-2通过盒箱2-4下方的螺钉固定在盒箱2-4上；所述第二夹持部件2-3放置在盒箱2-4内部轴承轨道上，便于固定其竖直方向自由度而可以在垂直于管丝1的方向上滑动，最后将盒盖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4、5所示，盒箱2-4下表面有两个限位柱，支撑板3-11上方安装有相配合的连接件3-9，将限位柱放置于对应的连接件3-9中，完成夹持递送模块2的安装和固定。
本申请机器人沿管丝递送方向的尺寸为6-15cm左右，优选7--8cm，结构紧凑，递送电机、推杆电机均为微电机。
本发明一种夹持间距可调的介入手术用连续递送机器人的控制方法，包括以下步骤：
1)管丝1安装
在完成夹持递送模块2的安装后，将后密封件2-7在后安转板3-7中间孔中穿入到夹持递送模块2位置，将前密封件2-6在前方，从前安装板3-6中间孔处穿入到夹持递送模块2位置处，使得前密封件2-6、夹持递送模块2以及后密封件2-7形成一个密闭的空间，便于管丝1的隔离和递送；在安装管丝1前，确保推杆电机3-2-1处于内收的状态，然后将管丝1从后密封件2-7中穿入，从前密封件2-6中穿出，然后控制推杆电机3-2-1的推杆向外运动，控制第二夹持部件2-3向着第一夹持部件2-2的方向运动到合适位置，夹紧管丝1，控制推杆电机3-2-1不动，保持当前状态，完成管丝1的安装。
2)夹紧力检测
主端发送信号，从端无线通信模块3-14接收信号，控制推杆电机3-2-1运动，推杆电机3-2-1推动拉压力传感器3-2-4、直角连接件3-2-5、滑动块3-2-9在直线滑轨3-2-6上滑动，带动位于滑动块3-2-9内的第四轴3-3-10运动，即改变第三轴3-3-9和第四轴3-3-10的轴间距，即改变两齿形皮带2-3-2之间的距离，可适用于不同直径的管丝1夹持，以及改变管丝1夹持力的大小；管丝1作用在齿形皮带2-3-2上的夹紧力反作用力通过滑动块3-2-9、直角连接件3-2-5传递到拉压力传感器3-2-4上，拉压传感器给到推杆电机的反馈信号，控制夹紧程度，使当前管丝处于最优夹紧状态。根据拉压传感器测得的数值，和几何关系、力学分析得到具体的数值大小，获得当前管丝的夹紧力的大小，判断当前夹紧力是否在管丝承受范围内。
3)管丝1的递送运动
主端发送信号，从端无线通信模块3-14接收信号，控制递送电机3-17旋转，带动第一皮带轮3-3-1旋转，经由皮带3-3-3，带动第二皮带轮3-3-2旋转，第二皮带轮3-3-2和第一齿轮3-3-4均安装在第一轴3-3-5上，故第一齿轮3-3-4旋转，经过相互啮合的第二齿轮3-3-6，将运动传递到第三齿轮3-3-8，第三齿轮3-3-8安装在第三轴3-3-9上，故第三轴3-3-9旋转；第二锥齿轮3-1-5安装在第三轴3-3-9上，第二锥齿轮3-1-5旋转，经带动相互啮合的第一锥齿轮3-1-4和第一四杆轴旋转，经过四杆，带动第二四杆轴3-1-11旋转，第四锥齿轮3-1-13位于第二四杆轴3-1-11上，且与第三锥齿轮3-1-12啮合，故带动第三锥齿轮3-1-12和第四轴3-3-10旋转；所述第一四杆轴3-1-6和第二四杆轴3-1-11旋向相同，因此第三轴3-3-9和第四轴3-3-10的旋向相反，且转速相同，共同驱动管丝1轴向运动。
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，以两个夹持部件间距调整方向为左右。
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。
本发明未述及之处适用于现有技术。
Claims (7)
1.一种夹持间距可调的介入手术用连续递送机器人，其特征在于，包括：夹持递送模块及其运动控制模块两个部分；
所述夹持递送模块的两个夹持部件相对面之间的距离能够调节，通过距离调节夹紧管丝，同时通过夹持部件与管丝的面接触形式递送管丝；
所述运动控制模块用于控制夹持递送模块的实现夹紧动作和递送运动；
所述运动控制模块包括递送运动控制机构、夹持力检测机构、四杆机构；
所述递送运动控制机构用于使夹持递送模块的两个夹持部件产生使得管丝受力相同的方向的作用力，且同步动作，实现管丝递送功能；
所述夹持力检测机构用于控制夹持递送模块夹持不同尺寸的管丝、控制管丝的松紧状态和检测管丝上的力大小；
所述四杆机构用于传递动力，使两个夹持部件实现同步转动，同时在调节夹持部件相对面之间的距离时被动地适应性调整；
两个夹持部件结构形式相同，其中一个夹持部件位置固定不动，另一个夹持部件的位置能沿左右方向调整；
所述能沿左右方向调整位置的夹持部件，在上盖和支撑架下方的前后侧面上均设置有两个突起，两个突起上安装有轴承，在盒箱上安装该夹持部件的相应位置的前后内壁上设置有与突起上轴承配合的轴承轨道，该夹持部件放置在轴承轨道上，能带动该夹持部件在轴承轨道上沿左右方向滑动；
所述递送运动控制机构包括第一皮带轮、第二皮带轮、皮带、第一齿轮、第一轴、第二齿轮、第二轴、第三齿轮、第三轴、第四轴、第一轴承座；递送电机的输出轴连接所述第一皮带轮 ，第一皮带轮 和第二皮带轮的运动由皮带传动；所述第二皮带轮安装在第一轴下部，第一轴的上部通过轴承和轴用弹性挡圈固定安装有第一齿轮，第二皮带轮的转动进而带动第一轴转动，第一轴转动带动第一齿轮转动；在第一轴的前方沿管丝输送方向还设置有第二轴和第三轴，第二轴上通过轴承和轴用弹性挡圈固定安装第二齿轮，所述第一齿轮和第二齿轮啮合传动；在第三轴上通过轴承和轴用弹性挡圈固定安装第三齿轮，所述第二齿轮和第三齿轮啮合传动，三个齿轮同高度依次啮合传动，第一轴、第二轴和第三轴上方的用于固定相应齿轮的轴承安装在支撑板下方对应的轴承孔中；在第三齿轮下方的第三轴上也安装有轴承，通过该轴承安装在第一轴承座上，第一轴承座经四杆机构上的第二轴承座和支撑板以及下安装板相固定；所述第三轴的上端穿出支撑板且与相应位置的夹持递送模块的一个夹持部件的齿轮固定，带动该夹持部件转动；所述第三轴的下部穿过第一轴承座安装有一个锥齿轮；该锥齿轮与四杆机构上相应位置的锥齿轮相啮合；
所述四杆机构包括第二轴承座、第一锥齿轮 、第二锥齿轮、第一四杆轴、第一四杆件、第二四杆件、第三四杆件、第四四杆件、第二四杆轴、第三锥齿轮、第四锥齿轮、第三轴承座、滑动块连接件；
所述第二锥齿轮安装在递送运动控制机构中的第三轴下方，和第一锥齿轮啮合，所述第一锥齿轮和二号轴承、一号轴承、钢丝挡圈依次安装在第一四杆轴上；
所述第一四杆件、第二四杆件、第三四杆件和第四四杆件通过螺栓构成两两铰接，构成临边相等的平行四边形，其中一个对角线的铰链处分别铰接第一四杆轴、第二四杆轴；所述第一四杆轴轴向位置固定，第二四杆轴轴向位置不固定，第二四杆轴由滑动块连接件固定在滑动块上，第二四杆轴能够随滑动块沿着直线滑轨方向运动，进而调节两个夹持部件之间的距离；所述第二四杆轴上安装第四锥齿轮、双轴承和钢丝挡圈，双轴承安装在第三轴承座中；所述第三轴承座和滑动块连接件固连，所述滑动块连接件固连在滑动块右侧；所述第三锥齿轮和第四准齿轮啮合，第三锥齿轮安装在递送运动控制机构的第四轴上。
2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述夹持力检测机构中安装有拉压力传感器，能实时获得作用在管丝上的推拉力，以及管丝受到的阻力大小。
3.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述夹持递送模块包括盒盖、盒箱、第一夹持部件和第二夹持部件；
每个夹持部件均包括上盖、支撑架、齿形皮带、平面直线轴承和两个相同的递送轴；
所述支撑架为左右对称的倒T型结构，包括水平底面和中间竖直部分，水平底面上以中间竖直部分为对称轴对称设置轴承孔，用于递送轴上相应轴承的安装定位；中间竖直部分的上部用来安装支撑上盖，中间竖直部分的侧面固定安装平面直线轴承；
每个递送轴的上部和下部分别通过相应轴承安装有齿轮，递送轴上的两个齿轮之间具有间距；两个相同的递送轴下端通过相应轴承对称安装在支撑架两侧的轴承孔中；
所述齿形皮带为上下两侧内圈有齿，中间没有齿的皮带；上下两侧内圈的齿和递送轴上下的两个齿轮相互啮合传动；齿形皮带的中间光滑部分和平面直线轴承上的滚针接触，齿形皮带从上向下放置，使得两个递送轴和平面直线轴承均位于齿形皮带的内侧，齿形皮带旋转运动过程中，与其接触的滚针能在不增加摩擦力的前提下向齿形皮带提供支撑；
两个夹持部件在安装时注意保持各自平面直线轴承处于面对面位置关系，管丝从两夹持部件中间穿过。
4.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述运动控制模块包括递送运动控制机构、夹持力检测机构、四杆机构、电机外壳、电机隔离板、前安装板、后安装板、滑动隔离片、连接件、隔离片、支撑板、下安装板、递送电机、翻盖；
前安装板、后安装板、下安装板、和支撑板围成的空间内安装递送运动控制机构、夹持力检测机构、四杆机构，下安装板为弧形弯曲板，前安装板与下安装板的一个侧面贴合固定，且前安装板的上端设置有前密封件；后安装板呈不规则圆板，后安装板的高度大于前安装板高度，在与前安装板上前密封件同轴的位置上设置有后密封件，后安装板与下安装板的另一个侧面贴合固定；支撑板固定在前、后安装板和下安装板之间，且未完全封闭，在支撑板左侧固定有电机外壳，朝向支撑板一侧的电机外壳侧面上安装电机隔离板，电机外壳和电机隔离板围成的空间内安装递送电机；
在电机外壳的顶部设置有旋转轴，翻盖一端与旋转轴转动连接，翻盖沿旋转轴转动恰好扣合在支撑板所在区域内，在翻盖和支撑板所围成的空间内安装夹持递送模块；
所述递送电机的输出轴直接连接递送运动控制机构，控制递送运动控制机构的运动；四杆机构一方面与递送运动控制机构传动，能够跟随递送运动控制机构转动，四杆机构另一方面与夹持力检测机构的移动端接触，能被动适应左右方向位置的调整。
5.根据权利要求4所述的机器人，其特征在于，所述运动控制模块还包括STM32板，在支撑板的下表面固定安装有STM32安装板，STM32板固定在STM32安装板上，STM32板接收主端的指令，同时控制递送电机和推杆电机动作。
6.根据权利要求1-5任一所述的机器人，其特征在于，所述管丝为导管、导丝、微导管、微导丝、球囊导管或泥鳅导丝；所述机器人的整体大小为6-15cm；所述夹持递送模块为可拆卸式模块。
7.一种夹持间距可调的介入手术用连续递送机器人的控制方法，采用权利要求3所述的机器人，包括以下步骤：
1）管丝安装
将夹持递送模块安装在运动控制模块上后，使管丝管过夹持递送模块的两个夹持部件中间，然后控制夹持力检测机构的推杆电机的推杆向外运动，控制两个夹持部件夹住管丝，控制推杆电机不动，保持当前状态，完成管丝的安装；
2）夹紧力检测
主端向从端发送信号，从端控制夹持力检测机构的推杆电机运动，推杆电机推动位置能移动的夹持部件左右滑动，改变两夹持部件的齿形皮带之间的距离以及改变管丝夹持力的大小；管丝作用在齿形皮带上的夹紧力反作用力传递到拉压力传感器上，拉压传感器给到推杆电机的反馈信号，控制夹紧程度，使当前管丝处于最优夹紧状态；
3）管丝的递送运动
主端发送信号，从端接收信号，控制递送运动控制机构的递送电机旋转，带动两个夹持部件同步反向转动，转速相同，共同驱动管丝轴向运动。
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