CN115554551B - 气管插管机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗器械技术领域，提供一种气管插管机器人及其控制方法。气管插管机器人包括：支座和第一驱动机构，第一驱动机构用于驱动支座移动；转动组件，可转动地安装在支座上，且转动组件的转动轴线沿支座的移动轨迹延伸；第二驱动机构，用于驱动转动组件转动；卷轴，可转动地安装在转动组件上；第三驱动机构，用于驱动卷轴转动；导管，一端与转动组件连接，且导管的外侧用于套装插管；内窥镜，安装于导管远离转动组件的一端；柔性绳，一端与导管安装有内窥镜的一端连接，另一端从导管内穿行并缠绕在卷轴上。通过第一驱动机构、第二驱动机构及第三驱动机构的动作配合，使得导管能够行进、弯曲和旋转，从而能够达到调整导管行进方向的效果。

Description

气管插管机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种气管插管机器人及其控制方法。

背景技术

气管插管术是急救工作中常用的抢救技术之一，气管插管是指将特制的气管内导管经声门置入气管，以保障呼吸道顺畅的医疗操作。多用于病情危急，需要实施急诊手术的患者，能够有效供氧，避免组织器官因缺氧而死亡。

但是医生在执行气管插管操作时，有很高的交叉感染风险。在进行气管插管抢救工作时，大量的分泌物、血液、液滴和气溶胶等会散播到空气中，因此进行气管插管的医生需要装备充分的保护措施，而装备保护措施也有可能错过患者的最佳抢救时间。

为了减少医生与患者的接触，申请号为202210251643.8的中国专利，提供了一种气管插管机构及气管插管机器人，当进行气管插管时，第一驱动单元先驱动支气管镜与插管同时靠近患者，第二输出件带动支气管镜相对插管前进，伸入患者口腔内部，最后通过第一驱动单元使插管与支气管镜同时前进，无需医护人员靠近患者，实现气管插管。

虽然该气管插管机构能够在一定程度上完成气管插管操作，但是在采用该气管插管机构进行气管插管的过程中，插管行进方向可能出现偏移并且无法调整，容易对患者造成损伤，例如出现组织损伤、喉头水肿及出血等并发症，并容易出现误插入食道的问题。

发明内容

本发明提供一种气管插管机器人及其控制方法，用以解决现有技术中的气管插管机构进行气管插管的过程中，插管可能出现偏移并且无法调整行进方向，容易对患者造成损伤，并存在误插入食道缺陷，实现对插管的行进方向进行调整的效果。

本发明提供一种气管插管机器人，包括：

支座和第一驱动机构，所述第一驱动机构用于驱动所述支座移动；

转动组件，可转动地安装在所述支座上，且所述转动组件的转动轴线沿所述支座的移动轨迹延伸；

第二驱动机构，用于驱动所述转动组件转动；

卷轴，可转动地安装在所述转动组件上；

第三驱动机构，用于驱动所述卷轴转动；

导管，一端与所述转动组件连接，且所述导管的外侧用于套装插管；

内窥镜，安装于所述导管远离所述转动组件的一端；

柔性绳，一端与所述导管安装有所述内窥镜的一端连接，另一端从所述导管内穿行并缠绕在所述卷轴上。

根据本发明提供的一种气管插管机器人，所述导管包括多腔管和与所述多腔管连接的后端连接管，所述后端连接管与所述转动组件连接；

所述内窥镜安装于所述多腔管远离所述后端连接管的一端，所述柔性绳的一端与所述多腔管安装有所述内窥镜的一端连接，另一端依次穿过所述多腔管的对应管腔和所述后端连接管并缠绕在所述卷轴上。

根据本发明提供的一种气管插管机器人，所述导管还包括安装接头和连接接头中的至少一者；

所述安装接头与所述多腔管远离所述后端连接管的一端连接，所述内窥镜安装于所述安装接头内，所述柔性绳与所述安装接头连接，所述多腔管通过所述连接接头与所述后端连接管连接。

根据本发明提供的一种气管插管机器人，所述转动组件包括转动座和过渡座，所述转动座与所述支座转动连接，所述过渡座与所述转动座可拆卸连接；

所述卷轴和所述导管均安装在所述过渡座上，所述第三驱动机构安装在所述转动座上，且所述第三驱动机构与所述卷轴可拆卸连接。

根据本发明提供的一种气管插管机器人，所述第三驱动机构和所述卷轴中的一者设有卡块，另一者设有供所述卡块伸入的卡槽。

根据本发明提供的一种气管插管机器人，所述第二驱动机构包括第二电机、齿轮和内齿圈；

所述第二电机安装在所述转动组件上，所述齿轮套装于所述第二电机的输出轴上；

所述内齿圈安装在所述支座上，所述内齿圈套装在所述齿轮外侧并与所述齿轮啮合。

根据本发明提供的一种气管插管机器人，所述支座包括筒体结构，所述转动组件可转动地安装在所述筒体结构内，所述内齿圈套装在所述筒体结构内。

根据本发明提供的一种气管插管机器人，所述第二驱动机构的转动轴线与所述第三驱动机构的转动轴线相平行。

根据本发明提供的一种气管插管机器人，还包括用于为所述柔性绳导向的滑轮，所述滑轮转动地安装在所述转动组件上。

本发明还提供一种气管插管机器人控制方法，用于控制如上所述的气管插管机器人，所述方法包括：

获取内窥镜采集的图像信息；

基于所述图像信息获取所述内窥镜的位置信息、姿态信息及所处环境信息；

基于所述位置信息、所述姿态信息和所述所处环境信息，获取所述内窥镜的目标位置信息及目标姿态信息；

基于所述目标位置信息及所述目标姿态信息，控制所述第一驱动机构、所述第二驱动机构及所述第三驱动机构中的至少一者动作。

本发明提供的气管插管机器人，通过第一驱动机构驱动支座移动，支座能够驱动转动组件及设置在转动组件上的导管移动，导管移动的过程中能够驱动套装在导管外侧的插管移动，从而进行气管插管操作。

通过内窥镜能够采集图像信息，以便于通过图像信息判断内窥镜的位置信息、姿态信息及所处环境信息。在需要调整内窥镜的行进方向时，可以通过第三驱动机构驱动卷轴转动，卷轴转动过程中收卷柔性绳，使得柔性绳拉紧导管安装有内窥镜的一端，从而使导管产生弯曲，达到改变导管行进方向的效果。同时，在需要调整导管的弯曲方向时，可以通过第二驱动机构驱动转动组件转动，转动组件转动的过程中驱动导管旋转，导管旋转后，导管弯曲的朝向也对应发生改变，从而可以调整导管的弯曲方向的效果。

如此设置，通过第一驱动机构、第二驱动机构及第三驱动机构的动作配合，使得导管能够行进、弯曲和旋转，从而能够达到调整导管行进方向的效果，解决了插管在插入的过程中出现偏移，容易对患者造成损伤或者误插入食道的问题。

本发明提供的气管插管机器人控制方法，用于控制气管插管机器人，因此所述方法自然包含有气管插管机器人的上述所有优点。除此之外，通过本发明提供的气管插管机器人控制方法能够使气管插管机器人实现自主气管插管操作，无需人工介入，从而能够减少对人工的需求，便于开展急救。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。

图1是本发明实施例中提供的气管插管机器人的结构示意图；

图2是本发明实施例中提供的支座与转动组件的连接结构示意图；

图3是本发明实施例中提供的转动座的结构示意图；

图4是图3所示视图的其他角度示意图；

图5是本发明实施例中提供的第二驱动机构和第三驱动机构位置关系示意图；

图6是本发明实施例中提供的第二驱动机构的结构示意图；

图7是本发明实施例中提供的导管的结构示意图；

图8是本发明实施例中提供的安装接头与多腔管的连接结构示意图；

图9是图8所示结构的内部结构示意图；

图10是本发明实施例中提供的导管与过渡座的连接结构示意图；

图11是图10所示结构的其他角度示意图；

图12是图11所示结构的内部结构示意图；

图13是本发明实施例中提供的过渡座与转动座的连接过程示意图；

图14是图13所示视图的其他角度示意图；

图15是本发明实施例中提供的气管插管机器人的控制方法的流程图；

图16是本发明实施例中提供的第一电机的位置速度串级控制器的控制流程图。

附图标记：

1、支座；101、筒体结构；102、第一轴承；2、第一驱动机构；201、第一电机；3、转动组件；301、转动座；301-1、圆盘；302-2、连接柱；302、过渡座；4、第二驱动机构；401、第二电机；402、齿轮；403、内齿圈；5、第三驱动机构；6、导管；601、多腔管；602、后端连接管；603、安装接头；604、连接接头；7、内窥镜；701、线束；702、第一连接器；703、第二连接器；8、柔性绳；9、卡块；10、卡槽；11、卷轴；13、滑轮；14、枢轴；15、磁体；16、插管；17、安装柱；18、卡箍结构；19、第二轴承；20、第三轴承；21、串级控制器；22、位置控制器；23、速度控制器；24、编码器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有技术中的气管插管机构虽然能够在一定程度上完成气管插管操作，从而减少医护人员与患者的接触时间，但是现有技术中的气管插管机构进行气管插管的过程中，插管行进方向可能出现偏移并且无法调整，容易对患者造成损伤，例如出现组织损伤、喉头水肿及出血等并发症，并容易出现误插入食道的问题。为了解决现有技术中的气管插管机构进行气管插管的过程中，插管可能出现偏移并且无法调整行进方向，容易对患者造成损伤，并存在误插入食道缺陷，实现对插管的行进方向进行调整的效果，本发明实施例中提供一种气管插管机器人及其控制方法。

下面结合图1至图16描述本发明的实施例中提供的气管插管机器人。

具体而言，气管插管机器人包括支座1、第一驱动机构2、转动组件3、第二驱动机构4、卷轴11、第三驱动机构5、导管6、内窥镜7及柔性绳8。

其中，第一驱动机构2用于驱动支座1移动。可选地，第一驱动机构2可以包括底座，支座1可滑动地安装在底座上。第一驱动机构2还包括丝杠螺母驱动机构、齿轮齿条驱动机构、气缸、油缸或者电缸。丝杠螺母驱动机构、齿轮齿条驱动机构、气缸、油缸或者电缸安装于底座上，并与支座1连接，用于驱动支座1往复移动。如图1所示的是利用第一电机201和丝杠螺母驱动机构驱动支座1移动的示例。

转动组件3可转动地安装在支座1上，并且转动组件3的转动轴线沿支座1的移动轨迹延伸，即转动组件3的转动轴线与支座1的移动轨迹平行。可选地，为了减少转动组件3与支座1之间的摩擦，支座1上还设有第一轴承102，转动组件3通过第一轴承102与所述支座1转动连接。

第二驱动机构4用于驱动转动组件3转动，即第二驱动机构4分别与转动组件3和支座1连接，用于驱动转动组件3相对于支座1转动。

卷轴11可转动地安装在转动组件3上。例如，卷轴11通过第三轴承20与转动组件3连接，其中，第三轴承20的外圈与转动组件3连接，卷轴11套装于第三轴承20的内圈中。

第三驱动机构5用于驱动卷轴11转动。即第三驱动机构5分别与卷轴11和转动组件3连接，用于驱动卷轴11相对于转动组件3转动。

导管6的一端与转动组件3连接，导管6的外侧用于套装插管16。可选地，导管6与转动组件3连接的一端与转动组件3的转动轴线同轴设置。可选地，如图10所示，转动组件3上设有卡箍结构18，卡箍结构18用于套箍在导管6的外侧，从而将导管6进行夹紧固定。当然，导管6也可以通过粘接、卡接或者过盈连接等方式与转动组件3连接。进一步地，转动组件3上还设有用于与插管16连接的安装结构，使得插管16能够与转动组件3连接，以使转动组件3在驱动导管6转动或者移动的过程中，能够驱动插管16同时进行转动或移动，更便于操作。例如，安装结构包括中空的安装柱17，安装柱17套设在卡箍结构18的外侧。插管16在套装在导管6的外侧时，插管16的端部能够套在安装柱17的外侧。

内窥镜7安装在导管6远离转动组件3的一端。具体而言，内窥镜7的镜体设置在导管6远离转动组件3的一端，内窥镜7的线束701穿过导管6并与设置在后端的控制模块及电源等连接。控制模块或电源可以设置在转动组件3上，当然也可以设置在支座1上。其中，需要说明的是，虽然在使用过程中转动组件3会驱动内窥镜7等电气元件转动，但是由于转动组件3无需进行360°无限制转动，因此利用电气元件的导线本身的柔性即可适应转动组件3的转动。当然，在实际使用过程中也可以利用电滑环等装置对转动组件3上的电气元件与外部电气元件之间进行信号和电流的传导。其中，外部电器元件包括但不限于电源和控制模块。

柔性绳8的一端与导管6安装有内窥镜7的一端连接，另一端从导管6内穿行并缠绕在卷轴11上。在第三驱动机构5驱动卷轴11转动的过程中，卷轴11收卷柔性绳8，柔性绳8拉紧导管6以使导管6产生弯曲。可选地，柔性绳8的数量包括但不限于为一根、两根、三根和四根。其中，在柔性绳8的数量为一根时，卷轴11对应的设置为一根，卷轴11在转动过程中收卷柔性绳8，柔性绳8拉紧导管6使导管6产生弯曲，卷轴11在反向转动过程中绕松柔性绳8，同时导管6在自身弹性作用下恢复形变。如图12所示，在柔性绳8的数量为两根时，卷轴11可以为一根，两根柔性绳8沿导管6的周向均匀分布。两个柔性绳8均缠绕在同一根卷轴11上，并且两根柔性绳8的绕向相反。如此，在卷轴11转动的过程中，第一根柔性绳8被收卷，第二根柔性绳8被绕松，导管6向第一方向弯曲，在卷轴11反向转动的过程中，第一根柔性绳8被绕松，第二根柔性绳8被收卷，导管6恢复形变并逐渐向第二方向弯曲，第二方向与第一方向朝向相反。这样，利用一根卷轴11能够控制导管6向两个相反的方向弯曲，使用更加灵活方便。当然，在柔性绳8的数量为两根时，卷轴11可以为两根，两根卷轴11分别收放对应的柔性绳8。在柔性绳8的数量三根时，卷轴11为三根，三根卷轴11分别收放对应的柔性绳8。在柔性绳8的数量为四根时，卷轴11可以为两根，每根卷轴11均收放两根柔性绳8，具体原理参见柔性绳8的数量为两根时的论述，此处不再赘述。当然，柔性绳8并不局限于上述数量，基于上述原理柔性绳8还可以是四根以上。

本发明实施例提供的气管插管机器人，通过第一驱动机构2驱动支座1移动，支座1能够驱动转动组件3及设置在转动组件3上的导管6移动，导管6移动的过程中能够驱动套装在导管6外侧的插管16移动，从而进行气管插管16操作。

通过内窥镜7能够采集图像信息，以便于通过图像信息判断内窥镜7的位置信息、姿态信息及所处环境信息。在需要调整内窥镜7的行进方向时，可以通过第三驱动机构5驱动卷轴11转动，卷轴11转动过程中收卷柔性绳8，使得柔性绳8拉紧导管6安装有内窥镜7的一端，从而使导管6产生弯曲，达到改变导管6行进方向的效果。同时，在需要调整导管6的弯曲方向时，可以通过第二驱动机构4驱动转动组件3转动，转动组件3转动的过程中驱动导管6旋转，导管6旋转后，导管6弯曲的朝向也对应发生改变，从而可以调整导管6的弯曲方向的效果。

如此设置，通过第一驱动机构2、第二驱动机构4及第三驱动机构5的动作配合，使得导管6能够行进、弯曲和旋转，从而能够达到调整导管6行进方向的效果，解决了插管16在插入的过程中出现偏移，容易对患者造成损伤或者误插入食道的问题。

参考图7-图9所示，在本发明提供的一些实施例中，导管6包括多腔管601和后端连接管602。后端连接管602的一端与多腔管601连接，后端连接管602的另一端与转动组件3连接。内窥镜7安装在多腔管601远离后端连接管602的一端。柔性绳8的一端与多腔管601安装有内窥镜7的一端连接，柔性绳8的另一端依次穿过多腔管601的对应管腔和后端连接管602并缠绕在卷轴11上。需要说明的是，多腔管601是指具有多个腔室的管体，多腔管601属于现有技术中的产品，关于其构造不再赘述。

如此设置，通过将柔性绳8设置在多腔管601对应的管腔内，一方面能够对柔性绳8进行定位，防止柔性绳8在导管6内移位窜动导致拉紧方向变化，造成导管6弯曲方向不准确的问题，使得导管6的弯曲方向更精准可靠。另一方面通过管腔将柔性绳8和柔性绳8之间，以及柔性绳8和内窥镜7的线束701之间进行分隔，能够避免柔性绳8与内窥镜7的线束701之间，以及柔性绳8与柔性绳8之间产生缠绕。

参考图7-图9所示，在本发明提供的一些实施例中，导管6还包括安装接头603和连接接头604中的至少一者。

安装接头603与多腔管601远离后端连接管602的一端连接，例如安装接头603可以通过插接或粘接的方式与多腔管601连接。内窥镜7安装在安装接头603的内部。柔性绳8与安装接头603连接，例如，柔性绳8可以通过粘接或者卡紧等方式与安装接头603连接。多腔管601通过连接接头604与后端连接管602连接，即连接接头604的两端分别与多腔管601和后端连接管602连接。例如，连接接头604的两端分别与多腔管601和后端连接管602插接或者粘接连接。可选地，连接接头604上与多腔管601的每个腔室对应的位置均设有连通通道，多腔管601内的柔性绳8和线束701均经过对应的连通通道进入到后端连接管602内。

如图13-图14所示，在本发明提供的一些实施例中，转动组件3包括转动座301和过渡座302。其中，转动座301与支座1转动连接。过渡座302与支座1可拆卸连接。卷轴11和导管6均安装在过渡座302上，第三驱动机构5安装在转动座301上，并且第三驱动机构5与卷轴11可拆卸连接。如此设置，能够将导管6及过渡座302方便地安装在转动座301上以及从转动座301上拆下，例如能够方便地将导管6及过渡座302拆下进行消毒处理，当然也能够将过渡座302与导管6作为一次性替换件，使用后即可方便快捷地更换新的导管6与过渡座302，避免产生交叉感染的问题。

参考图13-图14所示，在本发明提供的一些实施例中，第三驱动机构5和卷轴11中的一者设有卡块9，另一者设有供卡块9伸入的卡槽10。在过渡座302与转动座301连接时，卡块9伸入到卡槽10中，第三驱动机构5通过卡槽10和卡块9与卷轴11传动连接，从而驱动卷轴11转动。如此设置，第三驱动机构5与卷轴11之间的连接结构更简单。如图13和图14所示的是，卷轴11上设有卡块9，在第三驱动机构5上设有卡槽10的示例，当然本领域技术人员能够知晓的是，卡槽10和卡块9互换也能够实现传递动力的效果。

如图3-图6所示，在本发明提供的一些实施例中，第三驱动机构5包括第三电机和枢轴14。其中，第三电机安装在转动座301上，枢轴14与转动座301转动连接。例如，枢轴14通过第二轴承19与转动座301转动连接。第三电机的输出轴与枢轴14连接，用于驱动枢轴14转动。枢轴14的端部设有所述卡槽10或者所述卡块9，用于与卷轴11连接。如此设置，第三驱动机构5的结构简单。

在本发明提供的一些实施例中，过渡座302与转动座301分别设有磁性相反的磁体15，并且过渡座302与转动座301通过磁体15的吸合作用相互连接。如此设置，过渡座302与转动座301之间的连接结构简单，便于安装拆卸。可选地，过渡座302与转动座301通过至少一对磁体15相互连接。当然，过渡座302和转动座301也可以通过卡扣连接或者螺纹连接件连接的方式相互连接。

在本发明提供的一些实施例中，内窥镜7还包括第一连接器702和第二连接器703，第一连接器702与第二连接器703可拆卸连接，用于传递信号和电流。如图13-图14所示，转动座301上设有第一连接器702，过渡座302上设有第二连接器703，内窥镜7与转动组件3上的电气元件之间通过第一连接器702和第二连接器703连接。在过渡座302与转动座301相互连接时，第一连接器702与第二连接器703相连接。例如，第一连接器702与第二连接器703均为触电连接器。如此设置，当过渡座302与转动座301贴合后，第一连接器702和第二连接器703相抵即连接，操作更加方便省力，同时便于将第一连接器702和第二连接器703进行拆卸。

如图2-图6所示，在本发明提供的一些实施例中，第二驱动机构4包括第二电机401、齿轮402和内齿圈403。第二电机401安装在转动组件3上，齿轮402套装在第二电机401的输出轴上。内齿圈403安装在支座1上，并且内齿圈403套装在齿轮402的外侧，内齿圈403与齿轮402相啮合。如此设置，将第二驱动机构4设置在转动组件3上，使得气管插管机器人的结构更加紧凑，使得气管插管机器人具有更高的便携性。

参考图1、图2所示，在本发明提供的一些实施例中，支座1包括筒体结构101，转动组件3可以转动的安装在筒体结构101内，内齿圈403套装在筒体结构101内。如此设置，将转动组件3设置在筒体结构101内，能保护转动组件3不受外界杂物损害，使得气管插管机器人能够在恶劣的野外等环境进行使用。

参考图3、图4所示，在本发明提供的一些实施例中，转动座301包括圆盘301-1和连接柱302-2。其中，圆盘301-1的数量及连接柱302-2的数量可以根据实际需要进行设置。如图所示的是，圆盘301-1的数量为三个的示例，圆盘301-1沿转动座301的转动轴线的延伸方向依次排布，任意相邻的两个圆盘301-1之间通过若干根连接柱302-2相互连接。第二电机401和第三电机均安装在圆盘301-1上。如此设置，转动座301的结构简单。进一步地，第一轴承102的数量可以与圆盘301-1的数量相同，并且每个圆盘301-1均通过对应的第一轴承102与筒体结构101转动连接。

如图3-图5所示，在本发明提供的一些实施例中，第三驱动机构5的转动轴线与第二驱动机构4的转动轴线平行。如此设置，使得第二驱动机构4和第三驱动机构5能够平行并排设置，使得第二驱动机构4与第三驱动机构5的占用空间更小，从而使得转动组件3的结构更紧凑，占用空间更小，进一步降低了气管插管机器人的占用空间，提高了气管插管机器人的便携性。

如图11、图12所示，在本发明提供的一些实施例中，气管插管机器人还包括用于为柔性绳8导向的滑轮13。滑轮13可转动地安装在转动组件3上。通过设置滑轮13导向，使得穿过导管6的柔性绳8能够有序地缠绕在卷轴11上。可选地，由于导管6与转动组件3连接的一端与卷轴11平行，因此每个柔性绳8可以经过两个滑轮13导向后缠绕在卷轴11上。如图12所示，两个滑轮13中的第一个滑轮13的转动轴线与卷轴11的转动轴线垂直，第二个滑轮13的转动轴线与卷轴11的转动轴线平行。

本发明提供的实施例中还提供了一种气管插管机器人的控制方法，用于控制如上所述的气管插管机器人。可选地，气管插管机器人的控制方法的执行主体可以是气管插管机器人的控制系统。例如，控制系统的包括但不限于控制器。

具体而言，气管插管机器人的控制方法包括步骤S100～S400。

其中，S100、获取内窥镜7采集的图像信息。

具体地，内窥镜7进入到人体内后，进行拍摄并将采集到的图像信息传输至控制系统。内窥镜7采集的图像信息包括不限于图片信息和视频信息。

S200、基于图像信息获取内窥镜7的位置信息、姿态信息及所处环境信息。

具体地，控制系统基于SLAM方法或子和自监督深度估计方法，根据图像信息获取内窥镜7的位置信息、姿态信息及所处环境信息。其中，所处环境信息可以是内窥镜7周围环境的三维信息。

S300、基于位置信息、姿态信息和所处环境信息，获取内窥镜7的目标位置信息及目标姿态信息。

具体地，控制系统在获取位置信息、姿态信息和所处环境信息后，基于位置信息、姿态信息和所处环境信息，计算内窥镜7的目标路径信息，并根据目标路径信息获取内窥镜7的目标位置信息和目标姿态信息。其中目标姿态信息是指内窥镜7的朝向信息，包含了导管6的弯曲方向信息和弯曲角度信息。

S400、基于目标位置信息及目标姿态信息，控制第一驱动机构2、第二驱动机构4及第三驱动机构5中的至少一者动作。

具体地，控制系统基于目标位置信息及目标姿态信息，获取导管6的弯曲角度、弯曲朝向及行进距离等参数，并基于所述参数控制第一驱动机构2、第二驱动机构4及第三驱动机构5进行相应的动作，以使导管6实现上述的弯曲角度、弯曲朝向及行进距离。

如此设置，本发明实施例中提供的气管插管机器人能够实现自主气管插管操作，无需人工介入，从而能够减少对人工的需求，便于开展急救。并且由于能够基于内窥镜7采集的图像信息能够不断修正导管6的方向，因此能够避免导管6出现行进方向偏移的问题，解决了现有技术中气管插管机器人在插管16过程中容易出现导管6偏移的问题。

在本发明提供的一些实施例中，控制系统包括用于控制第一电机201的位置速度串级控制器21。位置速度串级控制器21包括依次连接的位置控制器22和速度控制器23。第一电机201的输出轴处设有编码器24，用于检测第一电机201位置。

在利用位置速度串级控制器21控制第一电机201运动的过程中，控制系统将目标位置信息传输至位置控制器22，由位置控制器22计算目标速度，并将目标速度传输至速度控制器23，速度控制器23基于目标速度控制第一电机201转动。编码器24能够检测第一电机201的电机位置，电机位置即第一电机201的输出轴的位置信息，通过对电机位置进行微分处理，即可得到电机速度。编码器24分别与位置控制器22和速度控制器23连接，以将电机位置和电机速度分别反馈至位置控制器22和速度控制器23，以使位置控制器22和速度传感器依次对目标速度进行修正，从而使第一电机201的转动角度更加精确。

同理，第二电机401和第三电机均设有对应的位置速度串级控制器21。通过对应的位置速度串级控制器21，能够基于内窥镜7的目标姿态信息控制第二电机401和第三电机进行动作。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种气管插管机器人，其特征在于，包括：

支座(1)和第一驱动机构(2)，所述第一驱动机构(2)用于驱动所述支座(1)移动；

转动组件(3)，可转动地安装在所述支座(1)上，且所述转动组件(3)的转动轴线沿所述支座(1)的移动轨迹延伸，所述转动组件(3)设置有用于与插管(16)连接的安装结构，以使所述转动组件能够通过所述安装结构驱动插管(16)转动或者移动；

第二驱动机构(4)，用于驱动所述转动组件(3)转动；

卷轴(11)，可转动地安装在所述转动组件(3)上；

第三驱动机构(5)，用于驱动所述卷轴(11)转动；

导管(6)，一端与所述转动组件(3)连接，且所述导管(6)的外侧用于套装插管(16)；

内窥镜(7)，安装于所述导管(6)远离所述转动组件(3)的一端；

柔性绳(8)，一端与所述导管(6)安装有所述内窥镜(7)的一端连接，另一端从所述导管(6)内穿行并缠绕在所述卷轴(11)上；

控制系统，基于所述内窥镜(7)采集的图像信息，获取所述内窥镜(7)的位置信息、姿态信息及所处环境信息，并基于所述位置信息、所述姿态信息及所处环境信息，获取所述内窥镜(7)的目标位置信息及目标姿态信息，并基于所述目标位置信息及所述目标姿态信息，控制所述第一驱动机构(3)、所述第二驱动机构(4)及所述第三驱动机构(5)中的至少一者动作。

2.根据权利要求1所述的气管插管机器人，其特征在于，所述导管(6)包括多腔管(601)和与所述多腔管(601)连接的后端连接管(602)，所述后端连接管(602)与所述转动组件(3)连接；

所述内窥镜(7)安装于所述多腔管(601)远离所述后端连接管(602)的一端，所述柔性绳(8)的一端与所述多腔管(601)安装有所述内窥镜(7)的一端连接，另一端依次穿过所述多腔管(601)的对应管腔和所述后端连接管(602)并缠绕在所述卷轴(11)上。

3.根据权利要求2所述的气管插管机器人，其特征在于，所述导管(6)还包括安装接头(603)和连接接头(604)中的至少一者；

所述安装接头(603)与所述多腔管(601)远离所述后端连接管(602)的一端连接，所述内窥镜(7)安装于所述安装接头(603)内，所述柔性绳(8)与所述安装接头(603)连接，所述多腔管(601)通过所述连接接头(604)与所述后端连接管(602)连接。

4.根据权利要求1所述的气管插管机器人，其特征在于，所述转动组件(3)包括转动座(301)和过渡座(302)，所述转动座(301)与所述支座(1)转动连接，所述过渡座(302)与所述转动座(301)可拆卸连接；

所述卷轴(11)和所述导管(6)均安装在所述过渡座(302)上，所述第三驱动机构(5)安装在所述转动座(301)上，且所述第三驱动机构(5)与所述卷轴(11)可拆卸连接。

5.根据权利要求4所述的气管插管机器人，其特征在于，所述第三驱动机构(5)和所述卷轴(11)中的一者设有卡块(9)，另一者设有供所述卡块(9)伸入的卡槽(10)。

6.根据权利要求1所述的气管插管机器人，其特征在于，所述第二驱动机构(4)包括第二电机(401)、齿轮(402)和内齿圈(403)；

所述第二电机(401)安装在所述转动组件(3)上，所述齿轮(402)套装于所述第二电机(401)的输出轴上；

所述内齿圈(403)安装在所述支座(1)上，所述内齿圈(403)套装在所述齿轮(402)外侧并与所述齿轮(402)啮合。

7.根据权利要求6所述的气管插管机器人，其特征在于，所述支座(1)包括筒体结构(101)，所述转动组件(3)可转动地安装在所述筒体结构(101)内，所述内齿圈(403)套装在所述筒体结构(101)内。

8.根据权利要求1所述的气管插管机器人，其特征在于，所述第二驱动机构(4)的转动轴线与所述第三驱动机构(5)的转动轴线相平行。

9.根据权利要求1所述的气管插管机器人，其特征在于，还包括用于为所述柔性绳(8)导向的滑轮(13)，所述滑轮(13)转动地安装在所述转动组件(3)上。