CN116019559A - 血管腔内介入手术机器人的导丝导管控制及力反馈装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了医疗装备技术领域的一种血管腔内介入手术机器人的导丝导管控制及力反馈装置，控制及力反馈装置固定设置在操作台上，控制及力反馈装置包括操纵柄组件、轴向阻力反馈组件、开关组件；操纵柄组件包括手柄棒、直线导轨、带座轴承，直线导轨设置在操作台上，带座轴承套设在手柄棒上，且带座轴承通过滑块滑动设置在直线导轨上，手柄棒端部设有控制旋转器；开关组件通过固定底板设置在带座轴承上，开关组件包括开关手柄和微动开关，开关手柄端部设有拨动板；轴向阻力反馈组件包括定子件、动子件、力传感器，定子件设置在操作台上，动子件设置在定子件上，力传感器对应设置在定子件的一侧。本发明实现手柄棒的推拉和旋转动作，简单方便。

Description

血管腔内介入手术机器人的导丝导管控制及力反馈装置

技术领域

本发明涉及医疗装备技术领域，具体地，涉及一种血管腔内介入手术机器人的导丝导管控制及力反馈装置。

背景技术

血管腔内技术已经成为血管治疗的基本手段，目前实施的多数血管重建手术都需借助这项技术。导丝-导管的操作是血管腔内技术的核心内容，决定着手术质量。目前，临床中医生借助数字剪影血管造影成像技术(DSA)手动完成导丝-导管在病人血管内的定位操作。常规被动导丝、指引导管、球囊导管是手术中使用的基本器械。使用机器人装置进行导丝(导管或其他器械)定位操作，有利于提高定位操作精度、降低医生疲劳度、改善手术质量。

力反馈技术一直是制约血管腔内介入手术机器人推向广泛临床应用的重要因素。血管介入手术机器人系统中的力反馈技术是指在使用机器人从端进行导丝定位推送过程中，将导丝在血管内运动时所受到的阻力反馈给机器人的操作者，使其能够同步感受到导丝在血管腔内所处状态。现有血管腔内介入手术导丝推送力测量技术方案存在导丝与力传感器之间存在多级传动，推送力在传导过程中损失严重，造成推送力测量分辨率不足，细节信息丢失，且多级传动过程中，机械振动容易将较大噪声混入测量过程的问题。

经现有技术检索发现，中国发明专利公告号为CN208693445U，公开了一种血管腔内介入手术机器人导丝/导管操作扭矩检测装置，属于医疗装备制造技术领域，所述扭矩检测装置上设有的用于实现导丝/导管扭转操作的传动齿轮，传动齿轮的内圆周面上固定连接有弹簧圈；所述弹簧圈由同心的外圈和内圈通过四个弹簧片连接组成，四个弹簧片沿弹簧圈周向均匀分布，形成十字形结构，四个电阻应变片分别固定在四个弹簧片上，且四个电阻应变片连接为全桥电路，所述全桥电路通过导电滑环与外部的输出信号电路连接。该专利技术就存在上述相关问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种血管腔内介入手术机器人的导丝导管控制及力反馈装置。

根据本发明提供的一种血管腔内介入手术机器人的导丝导管控制及力反馈装置，所述控制及力反馈装置固定设置在所述操作台上，所述控制及力反馈装置包括操纵柄组件、轴向阻力反馈组件以及开关组件；

所述操纵柄组件包括手柄棒、直线导轨以及带座轴承，所述直线导轨设置在所述操作台上，所述带座轴承套设在所述手柄棒上，且所述带座轴承通过滑块滑动设置在所述直线导轨上，所述手柄棒端部设有用于监测所述手柄棒旋转状态的控制旋转器；

所述开关组件通过固定底板设置在所述带座轴承上，所述开关组件包括开关手柄和输出控制执行手夹紧、松开信号的微动开关，所述开关手柄端部设有拨动板，所述拨动板随所述开关手柄的转动而按压所述微动开关；

所述轴向阻力反馈组件包括定子件、动子件以及输出作用力数值的力传感器，所述定子件设置在所述操作台上，所述动子件设置在所述定子件上，所述力传感器对应设置在所述定子件的一侧。

一些实施方式中，所述定子件两端分别固定有左感应片和右感应片，所述左感应片对应设置在所述左硬限位，所述右感应片对应设置在所述右硬限位，所述左硬限位和所述右硬限位分别设置在所述操作台上，所述定子件下方设有光栅尺，所述光栅尺上对应设有读数头。

一些实施方式中，所述操作台上开设有V型槽，所述限位块通过球头弹性柱塞对应V型槽设置，且所述限位块设置在所述定子件下方；所述左硬限位一侧设有所述左光电开关，所述右硬限位一侧设有所述右光电开关。

一些实施方式中，所述控制及力反馈装置还包括用于传感器和电机的供电、信号传输的控制器，所述控制器分别与所述操纵柄组件、所述轴向阻力反馈组件、所述开关组件连接设置。

一些实施方式中，所述开关组件一侧固定设置坦克链，所述坦克链另一端固定设置在所述操作台上。

一些实施方式中，所述开关组件还包括压缩弹簧和销轴，所述拨动板绕所述销轴转动设置，所述压缩弹簧设置在所述拨动板与上固定板之间。

一些实施方式中，所述操纵柄组件还包括压力传感器，所述压力传感器环绕所述手柄棒设置，所述手柄棒上套设有滑环，所述滑环上旋转设置在所述手柄棒上，所述带座轴承与所述控制旋转器之间通过连接板连接设置。

一些实施方式中，所述控制及力反馈装置设有两组，两组所述控制及力反馈装置旋转对称分布在所述操作台上。

一些实施方式中，所述控制旋转器采用编码器。

一些实施方式中，所述控制旋转器采用带扭矩传感器电机组件。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过设置操纵柄组件，通过设置压力传感器和控制旋转器，实现手柄棒的推拉和旋转动作，并设置开关组件，可单手实现进退扭转及夹子开合的控制，简单方便；

2、本发明通过设置编码器作为控制旋转器，当手柄棒旋转时，编码器可检测其旋转角度及方向；也可以设置带扭矩传感器的伺服电机组件作为控制旋转器，用以提供扭转方向的力反馈功能；

3、本发明通过设置操纵柄组件和轴向阻力反馈组件，通过操纵柄组件实现旋转方向控制及该方向力反馈的结构保护，通过轴向阻力反馈组件实现轴向控制及该方向力反馈的结构保护；

4、本发明通过在操作台上旋转对称分布设置控制及力反馈装置，医生可以方便的通过两套轴向阻力反馈组件操纵前端的两个机械手独立动作。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明血管腔内介入手术机器人的导丝导管控制及力反馈装置的结构示意图；

图2为本发明操纵柄组件的结构示意图；

图3为本发明开关组件的结构示意图；

图4为本发明轴向阻力反馈组件的结构示意图一；

图5为本发明轴向阻力反馈组件的结构示意图二；

图6为本发明轴向阻力反馈组件的剖面示意图；

图7为本发明球头弹性柱塞的结构示意图；

附图标记：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示为血管腔内介入手术机器人的导丝导管控制及力反馈装置的结构示意图，控制及力反馈装置固定设置在操作台6上，控制及力反馈装置包括操纵柄组件1、轴向阻力反馈组件5以及开关组件2。

控制及力反馈装置还包括控制器3，控制器3提供传感器及电机的电缆接口，用以提供电源及信号控制、传输。控制器3分别与操纵柄组件1、轴向阻力反馈组件5、开关组件2连接设置。在本实施例中，控制及力反馈装置设有两组，两组控制及力反馈装置旋转对称分布在操作台6上。

如图2所示为操纵柄组件的结构示意图，操纵柄组件1包括手柄棒11、直线导轨14以及带座轴承16，直线导轨14设置在操作台6上，带座轴承16套设在手柄棒11上，且带座轴承16通过滑块15滑动设置在直线导轨14上，手柄棒11端部设有用于监测手柄棒11旋转状态的控制旋转器18。

如图3所示为开关组件的结构示意图，开关组件2通过固定底板26设置在带座轴承16上，用以控制执行手夹持的开合。开关组件2包括开关手柄23和输出控制执行手夹紧、松开信号的微动开关25，开关手柄23端部设有拨动板24，拨动板24随开关手柄23的转动而按压微动开关25。

开关组件2还包括压缩弹簧21和销轴27，拨动板24绕销轴27转动设置，压缩弹簧21设置在拨动板24与上固定板22之间。如图3中所示，图示位置为自然状态的位置，此时微动开关25处于未动作装填，当拨动开关手柄23时拨动板24绕销轴27做顺时针旋转运动，使拨动板24一侧按压微动开关25的滚轮使其切换触点状态，另一头压缩压缩弹簧21；松开拨动板24时，压缩弹簧21推动拨动板24复位，微动开关25自动复位。使微动开关25输出开关信号，从而控制前端执行手对应的夹紧松开信号。

如图4所示为轴向阻力反馈组件的结构示意图一，如图5所示为轴向阻力反馈组件的结构示意图二，如图6所示为轴向阻力反馈组件的剖面示意图，轴向阻力反馈组件5包括定子件54、动子件55以及输出作用力数值的力传感器52，定子件54设置在操作台6上，动子件55设置在定子件54上，力传感器52对应设置在定子件54的一侧。力传感器两侧分别设置第一力传感器支架和第二力传感器支架。

定子件54两端分别固定有左感应片60和右感应片57，左感应片60对应设置在左硬限位61，右感应片57对应设置在右硬限位58，左硬限位61和右硬限位58分别设置在操作台6上，定子件54下方设有光栅尺63，光栅尺63上对应设有读数头64。

操作台6上开设有V型槽，限位块59通过球头弹性柱塞66对应V型槽设置，且限位块59设置在定子件54下方；如图7所示为球头弹性柱塞的结构示意图，左硬限位61一侧设有左光电开关62，右硬限位58一侧设有右光电开关56。

当力施加在手柄棒11轴向时，此时力传感器52连接的两侧部件沿立方向运动，力传感器52输出实际的作用力大小和方向，动子件55根据机器人执行手端的实际力值作为此时的阻力输出，使此机构中的力传感器52值等于机器人执行手端的实际力值，从而实现医生操作时的力反馈功能。

开关组件2一侧固定设置坦克链4，坦克链4另一端固定设置在操作台6上。在本实施例中，坦克链4由接头和链节组成，链节和链节之间以铰链的方式链节可以旋转一定角度，接头用于固定，一头固定在固定侧，一头固定在移动侧，当移动侧移动时，因为链节可以跟着移动。坦克链4的移动侧通过坦克链安装支架固定在带座轴承16上，坦克链4的固定侧直接固定在操作台6上。坦克链4用于走线缆，起牵引保护电缆作用。

操纵柄组件1还包括压力传感器12，压力传感器12环绕手柄棒11设置，手柄棒11上套设有滑环13，滑环13上旋转设置在手柄棒11上，带座轴承16与控制旋转器18之间通过连接板17连接设置。滑环13包括定子、刷丝、金属环、转子、固定侧导线以及转子侧导线，定子、刷丝以及固定侧导线为一个固定整体，转子、金属环以及固转子侧导线为一个旋转整体，转子整体旋转时，固定整体中的刷丝2与金属环始终保持接触，使转子侧导线和固定侧导线始终保持一一对应接通。从而解决了导线缠绕问题。

在本实施例中，控制旋转器18采用编码器。编码器内圈和手柄棒11固定在一起，当手柄棒11转动时，编码器内圈随着手柄棒11一起转动，其码盘与编码器外圈固定不动，此时，编码器会有脉冲输出，控制器3通过读取脉冲数可知手柄棒11的旋转角度，此旋转角度作为机器人执行手旋转角度的输入值带动导丝导管转动。

实施例2

本实施例2是在实施例1的基础上形成，通过用带扭矩传感器的伺服电机系统替换旋转编码器，具体地：控制旋转器18采用带扭矩传感器电机组件，带扭矩传感器电机组件可提供旋转力反馈，再此结构中，机器人执行手旋转时的阻力值作为这个组件中的输入值，等于的电机输出阻力值，而扭矩传感器作为这个组件中闭环控制的一部分。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种血管腔内介入手术机器人的导丝导管控制及力反馈装置，所述控制及力反馈装置固定设置在所述操作台(6)上，其特征在于，所述控制及力反馈装置包括操纵柄组件(1)、轴向阻力反馈组件(5)以及开关组件(2)；

所述操纵柄组件(1)包括手柄棒(11)、直线导轨(14)以及带座轴承(16)，所述直线导轨(14)设置在所述操作台(6)上，所述带座轴承(16)套设在所述手柄棒(11)上，且所述带座轴承(16)通过滑块(15)滑动设置在所述直线导轨(14)上，所述手柄棒(11)端部设有用于监测所述手柄棒(11)旋转状态的控制旋转器(18)；

所述开关组件(2)通过固定底板(26)设置在所述带座轴承(16)上，所述开关组件(2)包括开关手柄(23)和输出控制执行手夹紧、松开信号的微动开关(25)，所述开关手柄(23)端部设有拨动板(24)，所述拨动板(24)随所述开关手柄(23)的转动而按压所述微动开关(25)；

所述轴向阻力反馈组件(5)包括定子件(54)、动子件(55)以及输出作用力数值的力传感器(52)，所述定子件(54)设置在所述操作台(6)上，所述动子件(55)设置在所述定子件(54)上，所述力传感器(52)对应设置在所述定子件(54)的一侧。

2.根据权利要求1所述的血管腔内介入手术机器人的导丝导管控制及力反馈装置，其特征在于，所述定子件(54)两端分别固定有左感应片(60)和右感应片(57)，所述左感应片(60)对应设置在所述左硬限位(61)，所述右感应片(57)对应设置在所述右硬限位(58)，所述左硬限位(61)和所述右硬限位(58)分别设置在所述操作台(6)上，所述定子件(54)下方设有光栅尺(63)，所述光栅尺(63)上对应设有读数头(64)。

3.根据权利要求2所述的血管腔内介入手术机器人的导丝导管控制及力反馈装置，其特征在于，所述操作台(6)上开设有V型槽，所述限位块(59)通过球头弹性柱塞(66)对应V型槽设置，且所述限位块(59)设置在所述定子件(54)下方；所述左硬限位(61)一侧设有所述左光电开关(62)，所述右硬限位(58)一侧设有所述右光电开关(56)。

4.根据权利要求1所述的血管腔内介入手术机器人的导丝导管控制及力反馈装置，其特征在于，所述控制及力反馈装置还包括用于传感器和电机的供电、信号传输的控制器(3)，所述控制器(3)分别与所述操纵柄组件(1)、所述轴向阻力反馈组件(5)、所述开关组件(2)连接设置。

5.根据权利要求1所述的血管腔内介入手术机器人的导丝导管控制及力反馈装置，其特征在于，所述开关组件(2)一侧固定设置坦克链(4)，所述坦克链(4)另一端固定设置在所述操作台(6)上。

6.根据权利要求1所述的血管腔内介入手术机器人的导丝导管控制及力反馈装置，其特征在于，所述开关组件(2)还包括压缩弹簧(21)和销轴(27)，所述拨动板(24)绕所述销轴(27)转动设置，所述压缩弹簧(21)设置在所述拨动板(24)与上固定板(22)之间。

7.根据权利要求1所述的血管腔内介入手术机器人的导丝导管控制及力反馈装置，其特征在于，所述操纵柄组件(1)还包括压力传感器(52)(12)，所述压力传感器(52)(12)环绕所述手柄棒(11)设置，所述手柄棒(11)上套设有滑环(13)，所述滑环(13)上旋转设置在所述手柄棒(11)上，所述带座轴承(16)与所述控制旋转器(18)之间通过连接板(17)连接设置。

8.根据权利要求1所述的血管腔内介入手术机器人的导丝导管控制及力反馈装置，其特征在于，所述控制及力反馈装置设有两组，两组所述控制及力反馈装置旋转对称分布在所述操作台(6)上。

9.根据权利要求1所述的血管腔内介入手术机器人的导丝导管控制及力反馈装置，其特征在于，所述控制旋转器(18)采用编码器。

10.根据权利要求1所述的血管腔内介入手术机器人的导丝导管控制及力反馈装置，其特征在于，所述控制旋转器(18)采用带扭矩传感器电机组件。

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