CN115844527A - 力反馈主手及采用该主手实现的近距离放疗遥操作系统 - Google Patents

Abstract

力反馈主手及采用该主手实现的近距离放疗遥操作系统，近距离放射医疗器械领域。解决了传统的遥操作系统中力反馈主手结构复杂、控制难度大、无法形成力的闭环控制、主手控制精确低，且主手遥操作系统进行定位穿刺结束后，主手停止穿刺任务时，无法反馈穿刺针回弹力，导致穿刺位置不准确的问题。本发明通过对力的闭环测量，提供高精度的力反馈和穿刺位置控制，具体的通过施加在力反馈主手上的力F_m、以及穿刺针所受的轴向阻力F_s来对自身力反馈主手上的进给电机和穿刺工具的进针电机进行同步控制，使得从端更直观的复刻主端的运动状态，并且主端也能够复刻从端的行为。本发明主要应用在放疗中的穿刺环节。

Description

力反馈主手及采用该主手实现的近距离放疗遥操作系统

技术领域

本发明属于近距离放射医疗器械领域，具体涉及一种力反馈主手和用于近距离放疗的遥操作系统。

背景技术

恶性肿瘤发病率逐年升高，逐渐成为威胁人类健康的头号杀手，近距离放疗因为其微创和精准治疗的优点在临床中得到广泛应用，穿刺作为近距离放疗中的重要环节直接影响手术的质量，基于遥操作的方式不仅可以充分利用医生的经验、而且极大地降低了医生受到辐射的风险。

然而现有的遥操作系统通常基于通用力反馈主手构建，且遥操作系统的结构为主从端异构形式，通用的位于主端的力反馈主手通常具有6个自由度，但是只有3个自由度具有力反馈，在执行实际的穿刺任务时，多余的控制自由度优点乏善可陈，反倒是加大了控制难度，降低了医生的临场感，无力反馈的自由度导致医生难以得心应手地使用主手；而有力反馈的3个自由度进行控制时，是通过反馈的力对电机进行电流进行控制，且电流转化成力需通过构建的模型的转化，该种通过模型将电流转化成力的方式，依赖于模型的精度导致其通用力反馈主手的控制精确低，进一步的，整个控制过程没有形成力的闭环测量，进一步降低了通用力反馈主手的控制精确。

现有的遥操作系统进行穿刺任务时，还存在另一个问题：完成穿刺任务后，穿刺针已运动到病灶点，从临床观察到的明显的现象是当医生停止对主手控制后针会发生不同程度的回弹(即：组织的弹性变形导致针在与组织相对位置不变的情况下，被迫随着组织回弹导致的位置变化)，这种回弹通常会导致针尖离开当前的空间位置，而穿刺针脱离病灶点位置，导致穿刺位置不准确，使得粒子植入工具无法通过留在体内的穿刺针精准的向病灶点注射放射性粒子、放疗效果差，因此很难直接用于近距离放疗。因此，以上问题亟需解决。

发明内容

本发明目的是为了解决传统的遥操作系统中力反馈主手结构复杂、控制难度大、无法形成力的闭环控制、主手控制精确低，且主手遥操作系统进行定位穿刺结束后，主手停止穿刺任务时，无法反馈穿刺针回弹力，导致穿刺位置不准确的问题；本发明提供了力反馈主手及采用该主手实现的近距离放疗遥操作系统。

力反馈主手，包括弧形支架、支架底座和主控机构；弧形支架的一端固定在支架底座上，另一端与主控机构的底面固定连接；主控机构与水平面存在夹角；

主控机构包括导轨底板、1号导轨、滚珠丝杆、1号滑块、丝杠螺母、进给电机、两个固定板和移动端；

1号导轨铺设在导轨底板上，两个固定板固定在导轨底板的两端，进给电机固定在第一个固定板的一侧，进给电机的输出轴穿过该第一个固定板后与滚珠丝杆的一端固定连接，滚珠丝杆的另一端固定在第二个固定板上；1号滑块设置在1号导轨上，并且1号滑块通过丝杠螺母与滚珠丝杆连接；移动端固定在1号滑块上；

移动端用于探测施加在其上的力F_m和旋捻角度；

进给电机根据其接收的速度控制指令V对移动端的运动速度和方向进行控制，并且速度控制指令V是根据力F_m和位于从端的穿刺工具上的穿刺针所受的轴向阻力F_s获得。

优选的是，移动端包括L形底座、2号导轨、弹簧挡板、U型基座、磁编码器、磁体、力传感器、导杆、把手、两个弹簧和直线轴承；

L形底座的横板的自由端固定有弹簧挡板；2号导轨铺设在L形底座的横板上，且位于弹簧挡板与L形底座的竖板之间，L形底座的竖板上设有直线轴承；

U型基座通过2号滑块与2号导轨滑动连接，U型基座上设有1号轴承；力传感器位于U型基座与L形底座的竖板之间；磁编码器和磁体均位于U型基座内，且二者相对设置，磁编码器固定在U型基座的内侧壁上，磁体通过1号转轴穿过U型基座与力传感器的一端固定连接，且1号转轴与U型基座上的1号轴动连接；

把手的固定端穿过L形底座的竖板上的直线轴承与力传感器的另一端固定连接；

导杆的一端穿过弹簧挡板与U型基座的外壁固定连接，两个弹簧均套设在导杆，且两个弹簧套分别挤压在弹簧挡板的两侧；

磁编码器用于探测把手的旋捻角度；当向把手施加拉力或压力时，力传感器用于探测施加在把手上的力F_m。

优选的是，主控机构与水平面间的夹角范围为30°至75°。

优选的是，V＝k(F_m-F_s)，k为比例系数。

优选的是，支架底座为平板形结构，其该平板形结构的径向截面呈U字型。

采用力反馈主手实现的近距离放疗遥操作系统，遥操作系统还包括位于从端的穿刺工具以及工控机；穿刺工具用于夹持穿刺针，并执行进针运动；

力反馈主手用于持续探测施加在其上的力F_m和旋捻角度，并上传至工控机；

穿刺工具的力传感器实时探测穿刺针在运动过程中所受到的轴向阻力F_s，并上传至工控机；

工控机用于根据力F_m和轴向阻力F_s，得到差值ΔF＝F_m-F_s，再根据差值ΔF得到速度控制指令V，通过速度控制指令V同时对力反馈主手的进给电机和穿刺工具的进针电机的转速及转向进行同步控制；同时，工控机还用于根据力反馈主手探测到的旋捻角度，实时的对穿刺工具的旋转电机的旋转角度进行同步控制，使得穿刺工具上的穿刺针的旋捻角度与力反馈主手探测到的旋捻角度相同。

优选的是，V＝kΔF，k为比例系数。

优选的是，穿刺工具的旋转电机的旋转时，带动穿刺针绕其轴线旋转。

优选的是，遥操作系统完成穿刺操作的条件为：穿刺针行进至设定的穿刺深度D、且轴向阻力F_s为0。

优选的是，遥操作系统进行穿刺过程中，

(A)当ΔF＝F_m-F_s＞0时，提供的力F_m大于穿刺针所受到的轴向阻力F_s，力反馈主手同步控制穿刺工具执行进针操作，具体为，工控机同时控制力反馈主手的进给电机和穿刺工具上的进针电机正向转动，使得力反馈主手的移动端向前移动、以及穿刺工具上的穿刺针向前进针，且进针速度大小为|kΔF|；

(B)当ΔF＝F_m-F_s＜0时，提供的力F_m小于穿刺针所受到的轴向阻力F_s，力反馈主手同步控制穿刺工具执行退针操作，具体为，工控机同时控制力反馈主手的进给电机和穿刺工具上的进针电机发送反向转动，使得力反馈主手的移动端后退、以及穿刺工具上的穿刺针向后退针，退针速度大小为|kΔF|；

(C)当ΔF＝F_m-F_s＝0时，力反馈主手的进给电机和穿刺工具上的进针电机的速度大小为kΔF＝0，此刻，进给电机和进针电机同步暂停。

本发明带来的有益效果是：

本发明提供了一种专用于近距离放疗的力反馈主手，不同于传统力反馈主手基于电机力矩作为反馈的方案，本发明力反馈主手结构简单、且能够实时地反馈穿刺针受到的轴向阻力，并且表征针在穿刺过程中的各种动态行为，包括其受到组织弹力引起的回弹现象，基于这一控制方案能够极大地提高穿刺的精度，且本发明在控制的过程中，通过对力的闭环测量，也即通过施加在力反馈主手上的力F_m、以及穿刺针所受的轴向阻力F_s来对自身力反馈主手上的进给电机和穿刺工具的进针电机进行同步控制，使得从端更直观的复刻主端的运动状态，并且主端也能够复刻从端的行为。

本发明力反馈主手采用串联弹性的结构，设计了基于力传感器的串联弹性力反馈方案，弹簧的缓冲作用使得人手对力的精准控制更加容易，力传感器的引入则使得力反馈的精度更高。

本发明提供了一种主从同构式的力反馈主手实现的近距离放疗遥操作系统，使得从端更直观的复刻主端的运动状态，同构式的设计更加符合操作者的直觉，极大地减少了培训时间。

本发明提供了一种高精度的力反馈控制方案，能够实时地反馈穿刺针受到的轴向力，并且表征针在穿刺过程中的各种动态行为，包括其受到组织弹力引起的回弹现象，基于这一控制方案能够极大地提高穿刺的精度。

附图说明

图1是本发明所力反馈主手的三维结构示意图；

图2是力反馈主手的主视图；

图3是主控机构300的结构示意图

图4是移动端380的结构示意图；

图5是采用力反馈主手实现的近距离放疗遥操作系统的原理示意图；

图6是穿刺工具400的具体结构示意图；

图7是进行近距离放疗遥操作系统进行穿刺操作时的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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的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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

参见图1至图3说明本实施例1，本实施例1所述的力反馈主手，包括弧形支架100、支架底座200和主控机构300；其特征在于，弧形支架100的一端固定在支架底座200上，另一端与主控机构300的底面固定连接；主控机构300与水平面存在夹角；

主控机构300包括导轨底板310、1号导轨320、滚珠丝杆330、1号滑块340、丝杠螺母350、进给电机360、两个固定板370和移动端380；

1号导轨320铺设在导轨底板310上，两个固定板370固定在导轨底板310的两端；

进给电机360固定在第一个固定板370的一侧，进给电机360的输出轴穿过该第一个固定板370后与滚珠丝杆330的一端固定连接，滚珠丝杆330的另一端固定在第二个固定板370上；1号滑块340设置在1号导轨320上，并且1号滑块340通过丝杠螺母350与滚珠丝杆330连接；移动端380固定在1号滑块340上；

移动端380用于探测施加在其上的力F_m和旋捻角度；

进给电机360根据其接收的速度控制指令V对移动端380的运动速度和方向进行控制，并且速度控制指令V是根据力F_m和位于从端的穿刺工具400上的穿刺针600所受的轴向阻力F_s获得。所述的V＝kF_m-F_s，k为比例系数。

具体应用时，本发明位于主端的力反馈主手，与位于从端的穿刺工具400进行配合使用，本发明力反馈主手结构简单、且能够实时地反馈穿刺针受到的轴向阻力，并且表征针在穿刺过程中的各种动态行为，包括其受到组织弹力引起的回弹现象，基于这一控制方案能够极大地提高穿刺的精度，且本发明在控制的过程中，通过对力的闭环测量，也即通过施加在力反馈主手上的力F_m、以及穿刺针600所受的轴向阻力F_s来对自身力反馈主手上的进给电机360和穿刺工具400的进针电机410进行同步控制，使得从端更直观的复刻主端的运动状态，符合操作者的直觉，极大地减少了培训时间。

参见图6，图6只是穿刺工具400的任意一种具体结构，穿刺工具400采用现有技术实现，其具体结构形式不限于图6。图6中穿刺工具400包含进针电机410、捻针电机420、进针滚珠丝杠430、捻针电机架440、联轴器450、从端穿刺力传感器460、轴套座470、夹爪电机480、二指平动伺服夹爪490、前端手指电机400-1、前端手指400-2、穿刺从端底板400-3、机器人法兰接口400-4、从端滑块400-5和从端连接块400-6。

如图6所示，进针电机410固定在穿刺从端底板400-3的一端，用于驱动进针滚珠丝杠430旋转带动穿刺针600进针和退针；进针滚珠丝杠430与进针电机410相连接；捻针电机420固定在捻针电机架440左侧，用于实现穿刺针600的转动；捻针电机架440与从端连接块400-6相连接；联轴器450将进针电机410的输出轴和从端穿刺力传感器460连接；从端穿刺力传感器460通过转轴与其右侧结构相连接，用于测量穿刺针与组织的相互作用力；轴套座470由螺丝固定在捻针电机架440上；夹爪电机480与二指平动伺服夹爪490相连接，用于驱动二指平动伺服夹爪490的开合；二指平动伺服夹爪490用于夹取穿刺针600；穿刺针600包含外针和内针，穿刺时同时进入组织，到达目标位置后二指平动伺服夹爪490松开外针，夹住内针从外针中抽出，以便后续进行粒子植入；前端手指电机400-1固定在穿刺从端底板400-3的另一端，用于驱动前端手指400-2的开合；前端手指400-2用于给穿刺针600导向，防止穿刺针600变形过大；穿刺从端底板400-3由螺丝与机器人法兰接口400-4相连接；机器人法兰接口400-4与机器人末端相连接，手术时方便更换末端工具；从端滑块400-5与从端连接块400-6相连接；从端连接块400-6位于从端滑块400-5和捻针电机架440之间，其内部为中空结构，以便进针滚珠丝杠430从中穿过。

参见图4，移动端380包括L形底座381、2号导轨382、弹簧挡板383、U型基座384、磁编码器385、磁体386、力传感器387、导杆388、把手389、两个弹簧和直线轴承381-1；

L形底座381的横板的自由端固定有弹簧挡板383；2号导轨382铺设在L形底座381的横板上，且位于弹簧挡板383与L形底座381的竖板之间，L形底座381的竖板上设有直线轴承381-1；

U型基座384通过2号滑块与2号导轨382滑动连接，U型基座384上设有1号轴承；力传感器387位于U型基座384与L形底座381的竖板之间；磁编码器385和磁体386均位于U型基座384内，且二者相对设置，磁编码器385固定在U型基座384的内侧壁上，磁体386通过1号转轴穿过U型基座384与力传感器387的一端固定连接，且1号转轴与U型基座384上的1号轴动连接；

把手389的固定端穿过L形底座381的竖板上的直线轴承381-1与力传感器387的另一端固定连接；

导杆388的一端穿过弹簧挡板383与U型基座384的外壁固定连接，两个弹簧均套设在导杆388，且两个弹簧套分别挤压在弹簧挡板383的两侧；

磁编码器385用于探测把手389的旋捻角度；当向把手389施加拉力或压力时，力传感器387用于探测施加在把手389上的力F_m。

应用时，把手389可相对于直线轴承381-1前、后运动，实现把手389的推拉，还可在直线轴承381-1内转动，实现把手389的旋转。直线轴承381-1用于稳定把手389，使其能够在轴向和周向顺畅运动。

本发明力反馈主手采用串联弹性的结构实现，设计了基于力传感器的串联弹性力反馈方案，弹簧的缓冲作用使得人手对力的精准控制更加容易，力传感器的引入则使得力反馈的精度更高。

参见图2，应用时，主控机构300与水平面间的夹角范围为30°至75°；此夹角范围的设置符合人体工学的操作需求，便于主动操作。

参见图1，支架底座200为平板形结构，其该平板形结构的径向截面呈U字型。此种设置方式简化了支架底座200的结构、体积小、重量轻，便于携带和安装。

具体应用时，由位于主端的力反馈主手、位于从端的穿刺工具400以及工控机500，配合使用，参见图6，具体操作过程为：

用手握住把手389向前推，此时，力传感器387通过L形底座381内部的直线轴承381-1向前移动，力传感器387推U型基座384沿2号导轨382上移动，从而推动导杆388向前移动，力传感器387受到力即为操作者的推力F_m，工控机500实时采集施加在把手389上的力F_m和穿刺针600所受的轴向阻力F_s；工控机500将F_m与F_s1作差得到ΔF，工控机500用于根据力F_m和轴向阻力F_s，得到差值ΔF＝F_m-F_s，再根据差值ΔF得到速度控制指令V，通过速度控制指令V同时对力反馈主手的进给电机360和穿刺工具400的进针电机410的转速及转向进行控制；同时，工控机500还用于根据力反馈主手探测到的旋捻角度，实时的对穿刺工具400的旋转电机420的旋转角度进行同步控制，使得穿刺工具400上的穿刺针600的旋捻角度与力反馈主手探测到的旋捻角度相同，使得从端更直观的复刻主端的运动状态。

实施例2：

参见图5说明本实施例2，本实施例2采用所述的力反馈主手实现的近距离放疗遥操作系统，还包括位于从端的穿刺工具400以及工控机500；穿刺工具400用于夹持穿刺针600，并执行进针运动；

力反馈主手用于持续探测施加在其上的力F_m和旋捻角度，并上传至工控机500；

穿刺工具400的力传感器实时探测穿刺针600在运动过程中所受到的轴向阻力F_s，并上传至工控机500；

工控机500用于根据力F_m和轴向阻力F_s，得到差值ΔF＝F_m-F_s，再根据差值ΔF得到速度控制指令V，通过速度控制指令V同时对力反馈主手的进给电机360和穿刺工具400的进针电机410的转速及转向进行同步控制；同时，工控机500还用于根据力反馈主手探测到的旋捻角度，实时的对穿刺工具400的旋转电机420的旋转角度进行同步控制，使得穿刺工具400上的穿刺针600的旋捻角度与力反馈主手探测到的旋捻角度相同。

所述V＝kΔF，k为比例系数；其中，V的取值为正值时，力反馈主手的进给电机360和穿刺工具400上的进针电机410正向转动、且二者转速大小为|kΔF|；V的取值为负值时，力反馈主手的进给电机360和穿刺工具400上的进针电机410反向转动、且二者转速大小为|kΔF|。

遥操作系统完成穿刺操作的条件为：穿刺针600行进至设定的穿刺深度D、且轴向阻力F_s为0；此时，停止施加力F_m和旋捻角度。

穿刺工具400的旋转电机420的旋转时，带动穿刺针600绕其轴线旋转。

具体应用时，由位于主端的力反馈主手、位于从端的穿刺工具400以及工控机500，构成近距离放疗遥操作系统；力反馈主手与从端的穿刺工具400配合使用；

本发明近距离放疗遥操作系统不同于传统的遥操作系统，传统的遥操作系统主手由于结构、以及控制方式的限制，仅能实现主从异构的形式进行遥操作，而本发明其脱离了传统主手多自由度运动的限制，本发明主从端配合时，作为应用在主端的力反馈主手与从端的穿刺工具400采用主从同构的方式配合，也即：位于主端的力反馈主手的传动形式的结构、与位于从端的穿刺工具400的传动形式的结构相同，主从同构的方式，可使从端更好的复刻主端的工作状态，相比于主从异构的方式，主从同构式的设计更加符合操作者的直觉，极大地减少了培训时间，并且本发明所述的力反馈主手临场能力强，便于上手使用，操作简单。

本发明所述的力反馈主手，能够实时地反馈穿刺针受到的轴向力，并且表征针在穿刺过程中的各种动态行为，包括其受到组织弹力引起的回弹现象，基于这一控制方案能够极大地提高穿刺的精度。

参见图7，在进行近距离放疗手术时，从端的穿刺工具400夹取穿刺针600设置预设穿刺深度D，且穿刺过程中要始终保持穿刺针垂直于受体(即：皮肤)表面，到达目标位置，具体应用时，由于皮肤回弹力的存在，在穿刺过程中，需不断的上调针的进给深度d，最终确定完成穿刺操作的条件为：穿刺针600的进给深度d＝D、且轴向阻力F_s为0；其中，D为预设穿刺深度，也即：尖到达皮肤表面以下的距离；

图7中，进行穿刺操作的具体过程为：

首先、根据手术要求设定当穿刺深度D，并且初始状态下S＝0，d＝0；其中，由于回弹现象存在，不得不增加针的进给距离，S为每次循环要增加的调整距离；

然后，医生开始操纵力反馈主手，同时向力反馈主手的把手389上施加推力F_m和旋捻角度，F_m为变量；控制针进给，逐渐刺入到皮肤以下，其速度满足V＝k(Fm-Fs),并且实时确定穿刺针进给距离d，判断是否存在d≥D+S，结果为否，也就是针的进给距离d没有达到预设穿刺深度D和调整量S的和时，继续穿刺；结果为是，医生松开力反馈主手，此时由于组织弹力的作用，虽然Fm＝0，但是Fs仍然为正数，也就是组织对针的弹力，此时，位于主端的力反馈主手和位于从端的穿刺工具400上的穿刺针600会同步后退，导致针的进给距离d变小，而且Fs也会随之变小，直到Fs＝0后，位于主端的力反馈主手和从端的穿刺工具400都在此刻暂停运动，此时判定是否满足Fs＝0且d＝D，如果满足则认为此时的穿刺深度时精准的，即可结束穿刺；但是通常第一次不会满足，当不满足Fs＝0且d＝D时，调整S，令S＝S+e，然后医生继续操纵力反馈主手，控制针进给，判断是否存在d≥D+S，结果为是，医生松开力反馈主手，此轮循环中S不再等于0，也就是说针的进给距离d要略微大于设定的穿刺深度D，此时由于组织弹力的作用，虽然Fm＝0，但是Fs仍然为正数，也就是组织对针的弹力，此时主端和从端会同步后退，导致针的进给距离d变小，而且Fs也会随之变小，直到Fs＝0后，位于主端的力反馈主手和位于从端的穿刺工具400上的穿刺针600在此刻暂停运动，此时判定是否满足Fs＝0且d＝D，如果不满足则在上次的S值的基础上继续增加e，即令S＝S+e，继续上述循环，直到满足Fs＝0且d＝D，结束穿刺，停止施加力F_m和旋捻角度。

其中，e为步进调整量。

在穿刺过程中，(A)当ΔF＝F_m-F_s＞0时，操作者提供的力F_m大于穿刺针600所受到的轴向阻力F_s，力反馈主手同步控制穿刺工具400执行进针操作，具体为，工控机500同时控制力反馈主手的进给电机360和穿刺工具400上的进针电机410正向转动，使得力反馈主手的移动端380向前移动、以及穿刺工具400上的穿刺针600向前进针，且进针速度大小为|kΔF|；

(B)当ΔF＝F_m-F_s＜0时，操作者提供的力F_m小于穿刺针600所受到的轴向阻力F_s，力反馈主手同步控制穿刺工具400执行退针操作，具体为，工控机500同时控制力反馈主手的进给电机360和穿刺工具400上的进针电机410发送反向转动，使得力反馈主手的移动端380后退、以及穿刺工具400上的穿刺针600向后退针，退针速度大小为|kΔF|；

(C)当ΔF＝F_m-F_s＝0时，力反馈主手的进给电机360和穿刺工具400上的进针电机410的速度大小为kΔF＝0，此刻，进给电机360和进针电机410同步暂停。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (10)

1.力反馈主手，包括弧形支架(100)、支架底座(200)和主控机构(300)；其特征在于，弧形支架(100)的一端固定在支架底座(200)上，另一端与主控机构(300)的底面固定连接；主控机构(300)与水平面存在夹角；

主控机构(300)包括导轨底板(310)、1号导轨(320)、滚珠丝杆(330)、1号滑块(340)、丝杠螺母(350)、进给电机(360)、两个固定板(370)和移动端(380)；

1号导轨(320)铺设在导轨底板(310)上，两个固定板(370)固定在导轨底板(310)的两端，进给电机(360)固定在第一个固定板(370)的一侧，进给电机(360)的输出轴穿过该第一个固定板(370)后与滚珠丝杆(330)的一端固定连接，滚珠丝杆(330)的另一端固定在第二个固定板(370)上；1号滑块(340)设置在1号导轨(320)上，并且1号滑块(340)通过丝杠螺母(350)与滚珠丝杆(330)连接；移动端(380)固定在1号滑块(340)上；

移动端(380)用于探测施加在其上的力F_m和旋捻角度；

进给电机(360)根据其接收的速度控制指令V对移动端(380)的运动速度和方向进行控制，并且速度控制指令V是根据力F_m和位于从端的穿刺工具(400)上的穿刺针(600)所受的轴向阻力F_s获得。

2.根据权利要求1所述的力反馈主手，其特征在于，移动端(380)包括L形底座(381)、2号导轨(382)、弹簧挡板(383)、U型基座(384)、磁编码器(385)、磁体(386)、力传感器(387)、导杆(388)、把手(389)、两个弹簧和直线轴承(381-1)；

L形底座(381)的横板的自由端固定有弹簧挡板(383)；2号导轨(382)铺设在L形底座(381)的横板上，且位于弹簧挡板(383)与L形底座(381)的竖板之间，L形底座(381)的竖板上设有直线轴承(381-1)；

U型基座(384)通过2号滑块与2号导轨(382)滑动连接，U型基座(384)上设有1号轴承；力传感器(387)位于U型基座(384)与L形底座(381)的竖板之间；磁编码器(385)和磁体(386)均位于U型基座(384)内，且二者相对设置，磁编码器(385)固定在U型基座(384)的内侧壁上，磁体(386)通过1号转轴穿过U型基座(384)与力传感器(387)的一端固定连接，且1号转轴与U型基座(384)上的1号轴动连接；

把手(389)的固定端穿过L形底座(381)的竖板上的直线轴承(381-1)与力传感器(387)的另一端固定连接；

导杆(388)的一端穿过弹簧挡板(383)与U型基座(384)的外壁固定连接，两个弹簧均套设在导杆(388)，且两个弹簧套分别挤压在弹簧挡板(383)的两侧；

磁编码器(385)用于探测把手(389)的旋捻角度；当向把手(389)施加拉力或压力时，力传感器(387)用于探测施加在把手(389)上的力F_m。

3.根据权利要求1所述的力反馈主手，其特征在于，主控机构(300)与水平面间的夹角范围为30°至75°。

4.根据权利要求1所述的力反馈主手，其特征在于，V＝k(F_m-F_s)，k为比例系数。

5.根据权利要求1所述的力反馈主手，其特征在于，支架底座(200)为平板形结构，其该平板形结构的径向截面呈U字型。

6.采用权利要求1所述的力反馈主手实现的近距离放疗遥操作系统，其特征在于，还包括位于从端的穿刺工具(400)以及工控机(500)；穿刺工具(400)用于夹持穿刺针(600)，并执行进针运动；

力反馈主手用于持续探测施加在其上的力F_m和旋捻角度，并上传至工控机(500)；

穿刺工具(400)的力传感器实时探测穿刺针(600)在运动过程中所受到的轴向阻力F_s，并上传至工控机(500)；

工控机(500)用于根据力F_m和轴向阻力F_s，得到差值ΔF＝F_m-F_s，再根据差值ΔF得到速度控制指令V，通过速度控制指令V同时对力反馈主手的进给电机(360)和穿刺工具(400)的进针电机(410)的转速及转向进行同步控制；同时，工控机(500)还用于根据力反馈主手探测到的旋捻角度，实时的对穿刺工具(400)的旋转电机(420)的旋转角度进行同步控制，使得穿刺工具(400)上的穿刺针(600)的旋捻角度与力反馈主手探测到的旋捻角度相同。

7.根据权利要求6所述的采用力反馈主手实现的近距离放疗遥操作系统，其特征在于，V＝kΔF，k为比例系数。

8.根据权利要求6所述的采用力反馈主手实现的近距离放疗遥操作系统，其特征在于，穿刺工具(400)的旋转电机(420)的旋转时，带动穿刺针(600)绕其轴线旋转。

9.根据权利要求6所述的采用力反馈主手实现的近距离放疗遥操作系统，其特征在于，遥操作系统完成穿刺操作的条件为：穿刺针(600)行进至设定的穿刺深度D、且轴向阻力F_s为0。

10.根据权利要求6所述的采用力反馈主手实现的近距离放疗遥操作系统，其特征在于，遥操作系统进行穿刺过程中，

(A)当ΔF＝F_m-F_s＞0时，提供的力F_m大于穿刺针(600)所受到的轴向阻力F_s，力反馈主手同步控制穿刺工具(400)执行进针操作，具体为，工控机(500)同时控制力反馈主手的进给电机(360)和穿刺工具(400)上的进针电机(410)正向转动，使得力反馈主手的移动端(380)向前移动、以及穿刺工具(400)上的穿刺针(600)向前进针，且进针速度大小为|kΔF|；

(B)当ΔF＝F_m-F_s＜0时，提供的力F_m小于穿刺针(600)所受到的轴向阻力F_s，力反馈主手同步控制穿刺工具(400)执行退针操作，具体为，工控机(500)同时控制力反馈主手的进给电机(360)和穿刺工具(400)上的进针电机(410)发送反向转动，使得力反馈主手的移动端(380)后退、以及穿刺工具(400)上的穿刺针(600)向后退针，退针速度大小为|kΔF|；

(C)当ΔF＝F_m-F_s＝0时，力反馈主手的进给电机(360)和穿刺工具(400)上的进针电机(410)的速度大小为kΔF＝0，此刻，进给电机(360)和进针电机(410)同步暂停。

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