CN117204947A - 主端操控及力反馈机构和介入手术机器人 - Google Patents

Abstract

本公开提出一种主端操控及力反馈机构和介入手术机器人，包括支撑架、传动连接部、头端控制件、传动组件以及第一舵机。传动连接部与支撑架转动连接；头端控制件设于传动连接部的端部且可相对于传动连接部旋转，头端控制件旋转时用于控制介入耗材的转动，头端控制件摆动时带动传动连接部在第一平面内摆动，传动连接部摆动时用于控制介入耗材的前进或后退；传动组件与传动连接部转动连接，传动组件包括传动件和齿轮，传动件用于传递传动连接部的摆动至齿轮；第一舵机的输出轴与齿轮固定连接，传动组件将传动连接部的摆动传递至第一舵机，第一舵机用于通过传动组件为传动连接部提供阻转力矩。本公开能够单向操控且具有灵敏的力反馈效果。

Description

主端操控及力反馈机构和介入手术机器人

技术领域

本公开涉及医疗机械技术领域，具体而言，涉及一种主端操控及力反馈机构和介入手术机器人。

背景技术

介入手术机器人是代替人力进行介入手术的重要医疗设备，通过主端操控，将位于从端的导管、导丝等介入耗材引入体内血管，对疾病进行微创诊断和治疗；由于人体的血管较细且大多为弯曲的，介入手术中控制导管、导丝、支架等介入耗材在血管中运动需要非常小心，若操作不当很可能会刺破血管。因此，通过主端操控介入耗材运动时，主端设备对介入耗材的力反馈就较为重要，通过力反馈医生可以直观的感受到介入耗材的受力情况，并能及时作出调整，极大地提高了手术的安全性。

目前，通常采用滚轮或摇杆来控制介入耗材的运动，通常采用滚轮或摇杆来控制介入耗材的运动，将介入耗材所受阻力反馈至滚轮或摇杆上，来实现力反馈，或通过图像观测介入耗材在血管内的运动，来实现力反馈。

但是，现有技术中，介入手术机器人主端操控装置以及力反馈方式，对操作人员的经验要求较高，无法满足大部分操作人员的需求。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于克服上述相关技术的至少一种不足，提供一种主端操控及力反馈机构和介入手术机器人。

本公开的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本公开的实践而习得。

根据本公开的一个方面，提供一种主端操控及力反馈机构，包括：

支撑架；

传动连接部，与所述支撑架转动连接；

头端控制件，设于所述传动连接部的端部且可相对于所述传动连接部旋转，所述头端控制件旋转时用于控制介入耗材的转动，所述头端控制件摆动时带动所述传动连接部在第一平面内摆动，所述传动连接部摆动时用于控制介入耗材的前进或后退；

传动组件，与所述传动连接部转动连接，所述传动组件包括传动件和齿轮，所述传动件用于传递所述传动连接部的摆动至所述齿轮；

第一舵机，所述第一舵机的输出轴与所述齿轮固定连接，所述第一舵机用于通过所述传动组件为所述传动连接部提供阻转力矩。

在本公开的一种示例性实施方式中，所述传动件包括：

连杆，所述连杆的一端与所述传动连接部远离所述头端控制件的一端转动连接；

齿条，所述齿条一端与所述连杆转动连接，且所述齿条与所述齿轮啮合；

所述传动组件还包括：

导向件，与所述支撑架固定连接，用于引导所述齿条滑动且使所述齿条与所述齿轮始终啮合。

在本公开的一种示例性实施方式中，所述传动连接部摆动过程中，在所述传动连接部最大摆动范围内，所述连杆的两端安装孔中心线的距离大于所述传动连接部与所述连杆的安装轴线到齿条的最大距离。

在本公开的一种示例性实施方式中，所述传动连接部摆动过程中，所述传动连接部与所述支撑架的转动轴线、以及所述连杆两端的安装孔中心线三者永远不会在同一平面内。

在本公开的一种示例性实施方式中，所述主端操控及力反馈机构还包括：

第二舵机，设于所述传动连接部和所述头端控制件之间，且所述第二舵机的输出轴与所述头端控制件固定连接，用于为所述头端控制件提供阻转力矩。

在本公开的一种示例性实施方式中，所述第二舵机用于根据所接收的介入耗材旋转受到的阻力大小信息产生相应大小的阻转电流，并为所述头端控制件提供阻转力矩。

在本公开的一种示例性实施方式中，所述第二舵机接收到的阻力信息达到设定的上限值时，所述第二舵机向第一转动方向的转动锁死，使所述头端控制件只可反向旋转。

在本公开的一种示例性实施方式中，所述第一舵机用于根据所接收的介入耗材前进或后退受到的阻力大小信息产生相应大小的阻转电流，并通过所述传动组件为所述传动连接部提供阻转力矩。

在本公开的一种示例性实施方式中，所述第一舵机接收到的阻力信息达到设定的上限值时，所述第一舵机向第二转动方向的转动锁死，使所述传动连接部只可反向摆动。

根据本公开的一个方面，提供一种介入手术机器人，包括主端操控盒和以上所述的主端操控及力反馈机构；

所述支撑架设于所述主端操控盒内；

所述主端操控盒上设置有控制面板，所述控制面板用于显示介入耗材在人体内运动的模拟图像。

本公开的一种主端操控及力反馈机构和介入手术机器人具有以下有益效果：

本公开中主端操控及力反馈机构用于介入手术机器人，包括支撑架、传动连接部、头端控制件、传动组件和第一舵机。其中支撑架设于介入手术机器人主端，用于安装传动连接部、头端控制件等，传动连接部转动连接在支撑架上，头端控制件转动连接在传动连接部端部。操作人员旋转头端控制件时，可以控制介入耗材旋转，摆动头端控制件时，传动连接部同头端控制件一起摆动，可以控制介入耗材前进或后退。传动连接部摆动过程中始终处在第一平面内，使得传动连接部只会在第一平面内往复摆动，且向一个方向摆动只会控制介入耗材向一个方向运动，提高了操控性和安全性。

传动组件包括传动件和齿轮，齿轮与第一舵机的输出轴固定连接，通过传动件将传动连接部的摆动传递至第一舵机，第一舵机用于通过传动组件为传动连接部提供阻转力矩。介入耗材在介入过程中受到阻力后，第一舵机产生阻转电流，阻碍齿轮转动，进而通过传动件阻碍传动连接部摆动，而操作人员可以通过传动连接部受阻直观的感受到介入耗材的力反馈，及时作出调整。且介入耗材受到阻力后，第一舵机会首先作出反馈，阻碍介入耗材的运动，避免了在操作人员反应期间介入耗材刺破血管壁的可能，提高了介入手术的安全性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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是本公开实施方式主端操控盒的结构示意图。

图2是本公开实施方式主端操控及力反馈机构的主视图。

图3是本公开实施方式主端操控及力反馈机构的侧视图。

图4是本公开实施方式主端操控及力反馈机构的轴侧视图。

图5是本公开实施方式主端操控及力反馈机构的结构爆炸图。

图中主要结构标记说明如下：

1、主端操控盒；11、控制面板；2、支撑架；21、安装条；22、安装板；3、传动连接部；31、安装座；32、连接部；33、转动部；34、倾角编码器；4、头端控制件；5、第二舵机；6、第一舵机；61、固定板；7、传动组件；71、传动件；711、连杆；712、齿条；72、齿轮；73、导向件。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

用语“一个”、“一”、“该”、“”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

在进行介入手术时，操作人员需要控制主端操控装置，将设置在从端的导丝、导管等介入耗材引入体内血管病灶处进行治疗，人体血管通常较细且呈现弯曲状，在操控介入耗材运动时需要格外小心，避免用力过大导致介入耗材刺破血管。因此，若将介入耗材运动时所受阻力反馈至主端，操作人员可以直观的感受到介入耗材的受力情况，能够提高手术的安全性。

相关技术中，通过图像观测介入耗材在血管内的运动，来实现力反馈。这种方式的力反馈操作人员不能直观地感受到介入耗材所受的阻力，只能通过图像大致判定介入耗材的位置。或采用滚轮或摇杆作为主端操控方式，通过将介入耗材所受阻力反馈至滚轮或摇杆上，来实现力反馈。这种将力反馈到滚轮或摇杆上的方式，操作者不能感受到介入耗材所受力的大小，难以作出正确有效地判断，并且操作者在感受到反馈力后，需要一定的反应时间，再做出相应的操作，在间隔期间可能导致介入耗材刺破血管，另外，现有的主端控制摇杆为多向控制，在操作时容易出现误操作，不利于安全、精准的进行手术。

介入手术机器人一般包括位于手术室外的主端和位于手术室内的从端，用于控制的主端包括主端操控装置，用于执行的从端包括相连的机器人本体和机械臂，机器人本体通过机械臂连接至手术床上，且能够通过机械臂调整其自身姿态，机器人本体包括介入耗材驱动装置，介入耗材驱动装置用于驱动介入耗材动作。为了提供更安全和无菌的手术环境，避免医生受医疗器械辐射，通常采用医患隔离的方式进行介入手术。其中，机械臂支撑机器人本体并能够带动机器人本体移动及俯仰，以实现机器人本体的术前姿态调整，而操作人员可在手术室外操作主端操控装置，并通过医疗图像的辅助操控介入耗材驱动装置来进行手术。若将介入耗材运动时受到阻力的大小反馈至主端操控装置，操作人员可以直观地感受到介入耗材受到的阻力情况，并及时地做出有效反馈，有利于提高手术的安全性。

基于此，如图2、图3、图4、图5所示，本公开实施方式提供了一种主端操控及力反馈机构，用于介入手术机器人，包括支撑架2、传动连接部3、头端控制件4、传动组件7和第一舵机6。支撑架2设置在介入手术机器人主端，传动连接部3与支撑架2转动连接，头端控制件4设置在传动连接部3的端部且可相对于传动连接部3旋转，头端控制件4旋转时用于控制介入耗材的转动，头端控制件4摆动时带动传动连接部3在第一平面内摆动，传动连接部3摆动时用于控制介入耗材的前进或后退；传动组件7与传动连接部3转动连接，传动组件7包括传动件71和齿轮72，传动件71用于传递传动连接部3的摆动至齿轮72；第一舵机6的输出轴与齿轮72连接，传动组件7将传动连接部3的摆动传递至第一舵机6，第一舵机6用于通过传动组件7为传动连接部3提供阻转力矩。

本公开提供的主端操控及力反馈机构，通过操控设置在主端的头端控制件4来控制介入耗材的运动。其中，旋转头端控制件4可用来控制介入耗材的旋转，摆动头端控制件4并带动传动连接部3摆动，可用来控制介入耗材的前进或后退。介入耗材运动受阻后，第一舵机6能够产生阻转电流，阻碍齿轮72转动，进而通过传动件71为传动连接部3提供阻转力矩，传动连接部3的摆动受到阻碍，从而来实现介入耗材的力反馈。通过第一舵机6直接为介入耗材受阻作出反馈，使得介入耗材的力反馈更灵敏和有效。另外，还可以通过控制第一舵机6的阻转电流大小，来控制对传动连接部3和头端控制件4的阻转力矩，可以实现对介入耗材所受阻力大小的反馈。

下面将结合附图对本公开实施例提供的主端操控及力反馈机构的各个部分进行详细描述：

在本公开实施方式中，主端操控及力反馈机构用于介入手术机器人，可操控介入耗材运动至患者体内病灶处，并将运动过程中介入耗材的受力反馈到主端，操作人员可以通过主端接收到的力反馈直观地感受到介入耗材的受力状况，并及时做出调整，有利于手术的安全进行。其中，介入耗材可包括导丝、导管、支架等。

主端操控及力反馈机构包括支撑架2、传动连接部3、头端控制件4、传动组件7和第一舵机6。支撑架2固定设置在介入手术机器人的主端，用于安装传动连接部3、头端控制件4等。传动连接部3转动连接在支撑架2上，头端控制件4转动连接于传动连接部3的端部，头端控制件4可供操作人员握持，头端控制件4用于控制介入耗材的转动，传动连接部3用于控制介入耗材的前进或后退，且头端控制件4摆动时带动传动连接部3在第一平面内摆动。传动组件7与传动连接部3转动连接，传动组件7包括传动件71和齿轮72，传动件71用于传递传动连接部3的摆动至齿轮72；第一舵机6的输出轴与齿轮72固定连接。当介入耗材在运动过程中受阻后，第一舵机6产生阻转电流，通过传动组件7为传动连接部3提供阻转力矩，阻碍传动连接部3继续摆动，从而实现力反馈。

在介入手术过程中，操作人员在主端旋转头端控制件4可以控制介入耗材在血管内进行转动，摆动头端控制件4并带动传动连接部3摆动，可以控制介入耗材在血管内前进或后退，传动连接部3摆动时可以在第一平面内进行往复摆动，且传动连接部3向一个方向摆动仅会控制介入耗材向一个方向运动。例如，传动连接部3摆动时用于控制导丝的前进或后退，传动连接部3在第一平面内从初始位置向顺时针方向摆动，控制导丝在血管内向前移动，若传动连接部3从初始位置向逆时针方向摆动，则控制导丝向后移动，在每次开启系统进行操作前，头端控制件4都会自动归零，回到初始位置，且头端控制件4在回归初始位置过程中不控制介入耗材运动。

由于在介入手术过程中，操作人员只需操控介入耗材进行推进或旋转的运动就能够实现介入，并不需要借助过于复杂的运动，而旋转运动是通过旋转头端控制件4来实现的，传动连接部3的摆动则只用于控制介入耗材的推进运动。因此，单向操作的传动连接部3更有助于操作人员操作，不易出现方向混淆导致误操作的情况，并且，单向操作的传动连接部3更易于上手，对操作人员的经验要求不高，可以有效地提高介入手术的安全性。

同时，介入耗材在前进或后退过程中受阻后，第一舵机6产生阻转电流，阻碍齿轮72转动，通过传动件71为传动连接部3提供阻转力矩，阻碍传动连接部3继续摆动，操作人员可通过传动连接部3受阻得知介入耗材的前进或后退受阻，以此实现介入耗材前进或后退的力反馈。操作人员可以通过传动连接部3的摆动受阻直观地感受到介入耗材的力反馈，并及时作出有效调整。且介入耗材受到阻力后，第一舵机6会在操作人员作出反应之前先作出反馈，阻碍介入耗材继续运动，避免了在操作人员反应期间介入耗材刺破血管壁的可能，使得主端操控及力反馈机构的力反馈效果更加灵敏，提高了介入手术的安全性。

此外，头端控制件4和传动连接部3组合形成摇杆结构，摇杆结构相比推杆结构，摇杆具有多个优点。如多向力传递：摇杆可以在多个方向上传递力量，而推杆只能在一个方向上进行推动，这使得摇杆更加灵活，并且可以应对操作者复杂的力学需求。力度调节：摇杆可以通过调整杆的位置来调节输出力的大小，通过改变杆的角度，操作者可以轻松地控制输出力的增减，从而实现对介入耗材前进或后退程度的控制。操作简便：相比推杆，摇杆的操作更加简单易用，操作者主要通过手部的运动来操纵摇杆，而推杆需要用手臂或身体来施加力量。

具体的，在本公开实施方式中，如图2和图5所示，支撑架2可包括安装条21和安装板22。支撑架2固定设置在介入手术机器人的主端，可方便操作人员操控，支撑架2用于安装传动连接部3、头端控制件4等。安装条21设置有两个，两个安装条21相对且平行设置，传动连接部3转动连接于两个安装条21之间；安装板22设置有两块，两块安装板22分别固定于两块安装条21长度方向的两端，安装条21和安装板22之间通过螺栓连接，形成一个稳定的框架结构。

同时，在其中一块安装板22上固定连接有固定板61，第一舵机6固定于固定板61上，且第一舵机6的输出轴轴线与传动连接部3的转动轴轴线平行。其中，两块安装条21均与第一平面平行，两块安装板22分别设置在两块安装条21长度方向的两端，且安装板22与安装条21固定连接。传动连接部3通过两个转动轴分别与两块安装条21转动连接，传动连接部3与两块安装条21转动的转动轴轴线重合且均与第一平面垂直，传动连接部3在两块安装条21之间转动，能够提高传动连接部3的稳定性，且更有利于传动连接部3的单向摆动。

另外，传动连接部3可包括安装座31、连接部32和转动部33。安装座31和转动部33分别固定连接在连接部32的两端，转动部33靠近连接部32的一侧设置有两个转动轴，两个转动轴分别与两块安装条21转动连接。转动部33远离安装座31的一侧与传动组件7转动连接，传动组件7远离转动部33的一端与第一舵机6的输出端连接。第一舵机6接收到介入耗材的阻力信息后，当然，阻力的具体检测方式及反馈形式不限，可以产生阻转电流，阻碍传动连接部3的摆动。因此，介入耗材受阻可以通过传动连接部3的摆动受阻反馈给操作人员，以此实现介入耗材的受力反馈。

在本公开一种实施方式中，如图2、图3、图4、图5所示，传动件71包括连杆711和齿条712，传动组件7还包括导向件73。连杆711的一端与传动连接部3远离头端控制件4的一端转动连接，齿轮72与第一舵机6的输出轴固定连接，齿条712的一端与连杆711转动连接，且齿条712与齿轮72啮合，导向件73与支撑架2固定连接，用于引导齿条712滑动且使齿条712与齿轮72始终啮合。连杆711的一端与转动部33远离安装座31的一侧转动连接，连杆711的另一端与齿条712转动连接，导向件73与支撑架2固定连接，齿条712沿导向件73滑动，且导向件73可对齿条712进行限位，齿轮72与第一舵机6的输出轴固定连接且与齿条712啮合。传动连接部3摆动时，通过传动组件7可以将传动连接部3的摆动传递至第一舵机6的输出轴的转动，若阻碍第一舵机6的输出轴的转动，则可阻碍齿轮72转动，从而可通过传动件71阻碍传动连接部3的摆动。由于传动连接部3摆动可以控制介入耗材的前进或后退，因此，若传动连接部3的摆动受阻，操作人员可通过传动连接部3的受阻直观地感受到介入耗材受阻，从而可实现力反馈。

当传动连接部3摆动时，传动连接部3与连杆711转动连接的端部距齿条712与连杆711转动连接的端部之间的距离发生变化，但其之间连接有连杆711，且通过导向件73对齿条712进行限位，因此，传动连接部3摆动带动连杆711一起运动，同时，连杆711带动齿条712滑动，由于导向件73引导齿条712的滑动，使得齿条712在移动过程中始终与齿轮72进行啮合运动，齿轮72发生转动，进而可带动第一舵机6的输出轴转动。当介入耗材在前进或后退过程中受阻，第一舵机6接收到介入耗材的受阻信息后，当然，阻力的具体检测方式及反馈形式不限，可以产生阻转电流，阻碍齿轮72的转动，齿轮72与齿条712的啮合运动也受到阻碍，齿条712的滑动受到阻碍，进而连杆711的运动也受到阻碍，从而使得传动连接部3的摆动受阻。传动连接部3摆动受阻可以减缓介入耗材的前进或后退，操作人员也可以通过传动连接部3感受到介入耗材受阻的力反馈。并且，第一舵机6在接收到介入耗材的受阻信息后，会立即产生阻转电流，阻碍介入耗材的前进或后退，相较于操作人员在通过传动连接部3感受到力反馈后再做出调整的方式，采用第一舵机6来实现力反馈具有灵敏度高的优点，提高了手术的安全性。

可以理解的是，导向件73可以为滑槽、滑块等结构，具体结构本公开在此不做限定。导向件73不论为何种结构均可以对齿条712的移动进行导向，并对齿条712进行限位，使得齿条712在移动过程中可以始终与齿轮72进行啮合运动，且导向件73不会妨碍齿轮72和齿条712的啮合运动。举例而言，导向件73为滑槽，滑槽与支撑架2固定连接，滑槽呈C型，在齿条712上加工有与C型滑槽配合的滑条，齿条712通过滑条滑动在滑槽中，滑槽可以对齿条712的移动起到引导和限位作用。

在本公开一种实施方式中，在传动连接部3的最大摆动范围内，连杆711的两端安装孔中心线的距离大于传动连接部3与连杆711的安装轴线到齿条712的最大距离。由于齿条712的位置受到导向件73的限制，传动连接部3摆动时，传动连接部3远离头端控制件4的一端与齿条712之间的距离会一直发生变化，若连杆711的两端安装孔中心线的距离大于转动部33端部距齿条712之间的距离，连杆711与齿条712不垂直，连杆711便可带动齿条712滑动，若连杆711的两端安装孔中心线的距离等于转动部33端部距齿条712之间的距离，连杆711与齿条712垂直，传动连接部3继续摆动，则会带动齿条712向脱离导向件73的方向移动，但由于导向件73可对齿条712进行限位，故而会使传动连接部3的摆动受阻。因此，使得连杆711的长度大于或等于传动连接部3与连杆711转动的轴线距齿条712的距离，可以使传动组件7不会限制传动连接部3的摆动范围。

在本公开一种实施方式中，传动连接部3摆动过程中，传动连接部3与支撑架2的转动轴线、以及连杆711两端的安装孔中心线三者永远不会在同一平面内。即在传动连接部3摆动范围内，传动连接部3与连杆711之间、连杆711与齿条712之间始终存在夹角。传动连接部3的摆动通过连杆711转化为齿条712的直线运动，而齿条712的直线运动由传动连接部3与连杆711之间的夹角变化来驱动。因此，传动连接部3摆动至任何角度，其摆动运动均可以转化为齿条712的直线运动，进而驱动齿条712和齿轮72啮合运动，使得传动组件7对运动的传动更加精确，进而可使主端操控及力反馈机构的力反馈更加精准和灵敏。

需要说明的是，传动连接部3在摆动过程中，可以通过连杆711带动齿条712移动，从而使齿轮72和齿条712进行啮合运动，若介入耗材在介入过程中受阻，第一舵机6产生阻转电流，通过阻碍齿轮72的转动进而阻碍传动连接部3的摆动。在传动连接部3的摆动范围内，传动连接部3摆动至任何位置，齿条712和齿轮72均处于啮合状态，第一舵机6都能够通过齿轮72阻碍传动连接部3的摆动。

在本公开一种实施方式中，如图2、图3、图4、图5所示，主端操控及力反馈机构还包括第二舵机5。第二舵机5设于传动连接部3和头端控制件4之间，且第二舵机5的输出轴与头端控制件4固定连接，用于为头端控制件4的转动提供阻转力矩。第二舵机5固定设置在安装座31远离转动部33的一侧，头端控制件4与第二舵机5的输出轴固定连接。操作人员操控头端控制件4旋转可以控制介入耗材旋转，头端控制件4旋转过程中带动第二舵机5的输出轴转动，当介入耗材旋转受阻，第二舵机5接收到介入耗材的受阻信息后，可以产生阻转电流，阻碍头端控制件4转动，从而使得介入耗材的旋转受阻，操作人员通过头端控制件4受阻直观地感受到介入耗材的旋转受阻，以此实现介入耗材旋转的力反馈。并且，介入耗材受到阻力后，第二舵机5会在操作人员做出反应之前先做出反馈，阻碍介入耗材的运动，降低了在操作人员反应期间介入耗材刺破血管壁的风险，使主端操控及力反馈机构的力反馈效果更加灵敏，提高了手术的安全性。

需要说明的是，介入手术机器人上设置有介入耗材的推送机构，用来驱动介入耗材运动，在推送机构上设置有传感器，传感器通过检测介入耗材的运动状况来检测介入耗材的受力信息，并将其传递至第二舵机5和第一舵机6，第二舵机5和第一舵机6可以更具接收到的信息作出有效反馈。

在本公开一种示例性实施方式中，第二舵机5包括旋转编码器，主端操控及力反馈机构还可包括倾角编码器34。其中，旋转编码器能够收集头端控制件4的转动信息，并将头端控制件4的转动信息映射至介入耗材旋转的运动信号；倾角编码器34与传动连接部3固定，在传动连接部3的摆动过程中，倾角编码器34可以收集传动连接部3的摆动角度信息，并将传动连接部3的摆动信息映射至介入耗材前进或后退的运动信号。

可以理解的是，操作人员操控头端控制件4旋转时，旋转编码器能够准确地捕捉到头端控制件4的转动角度，旋转编码器通过内部的传感器和测量装置，将头端控制件4的转动角度信息转化为电信号，电信号可以传递给控制系统或计算机，以实现精确的位置控制和反馈，控制系统或计算机再将转动信息传递给推送机构中用于控制介入耗材旋转的部件，实现介入耗材的旋转。介入耗材通常需要准确控制旋转，以在患者体内进行精确的操作，通过旋转编码器使得头端控制件4的转动信息直接映射到介入耗材旋转的运动信号，实现了头端控制件4和介入耗材之间的转动同步。操作人员可以通过头端控制件4的旋转来精确控制介入耗材在患者体内的位置和方向，提高介入耗材旋转的可靠性。

同样的，操作人员操控头端控制件4并带动传动连接部3摆动时，倾角编码器34可以精准的捕捉到传动连接部3的转动角度，倾角编码器34将传动连接部3的摆动角度信息转化为电信号，并将电信号传递给控制系统或计算机，控制系统或计算机再将摆动信息传递给推送机构中用于控制介入耗材移动的部件，实现介入耗材的前进或后退。将传动连接部3的摆动信息直接映射到介入耗材前进或后退的运动信号，实现了传动连接部3和介入耗材之间的转动同步。操作人员可以通过传动连接部3的摆动来精确控制介入耗材在患者体内的位置和方向，提高介入耗材前进或后退的可靠性。

需要说明的是，旋转编码器通过收集头端控制件4的转动角度信息，将头端控制件4的转动角度按照比例关系映射至介入耗材的旋转速度；倾角编码器34通过收集传动连接部3的摆动角度信息，将传动连接部3的摆动角度信息按照比例关系映射至介入耗材的前进或后退速度。其中，映射的比例关系可由本领域技术人员按照需求自行设定。在手术过程中，操作人员控制头端控制件4转动的角度越大，介入耗材的旋转速度越大；操作人员控制传动连接部3摆动的角度越大，介入耗材前进或后退的速度越大。

在本公开一种实施方式中，第二舵机5能够根据所接收的介入耗材旋转受到的阻力大小信息产生相应大小的阻转电流，并为头端控制件4提供阻转力矩，阻碍头端控制件4转动；第一舵机6能够根据所接收的介入耗材前进或后退受到的阻力大小信息产生相应大小的阻转电流，并通过传动组件7为传动连接部3提供阻转力矩，阻碍传动连接部3摆动。例如，介入耗材受到的阻力越大，第二舵机5或第一舵机6产生的阻转电流也就越大，头端控制件4旋转和传动连接部3摆动所受到的阻力也就越大，操作人员感受到的力反馈也会更强烈，因此，操作人员可以根据力反馈的大小来判定介入耗材所受阻力的大小，使得力反馈的效果更加显著，能够提高手术过程的准确性和安全性，同时能够提供更好的操作手感和控制性能。通过阻力大小信息第二舵机5和第一舵机6可根据实际情况自动调整阻转电流，以适应介入耗材所面临的不同阻力情况，有助于确保头端控制件4和传动连接部3在介入治疗过程中的精确控制和稳定运动。

在本公开一种实施方式中，第二舵机5接收到的阻力信息达到设定的上限值时，第二舵机5向第一转动方向的转动锁死，使头端控制件4只可反向旋转；第一舵机6接收到的阻力信息达到设定的上限值时，第一舵机6向第二转动方向的转动锁死，使传动连接部3只可反向摆动。其中，第一转动方向为操控头端控制件4旋转使介入耗材旋转时第二舵机5输出轴的转动方向，第二转动方向为操控传动连接部3摆动使介入耗材前进或后退时第一舵机6输出轴的转动方向。例如，在手术过程中，操作人员操控头端控制件4摆动，带动传动连接部3摆动，控制介入耗材在血管中前进，与此同时，在传动组件7带动下第一舵机6的输出轴向第二转动方向转动，当介入耗材在前进过程中受到阻力，并且所受阻力达到设定的上限值时，第一舵机6输出轴向第二转动方向的转动被锁死，齿轮72不能继续转动，齿轮72和齿条712的啮合运动停止，进而传动连接部3也不能继续摆动，只可以向相反的方向摆动，使得介入耗材不会继续前进，只可操纵传动连接部3反向摆动，控制介入耗材后退。

因此，当介入耗材受到的阻力达到设定的上限值时，第二舵机5和第一舵机6产生的阻转电流可以阻止头端控制件4和传动连接部3继续转动，使介入耗材停止运动。其中设定的上限值可以为介入耗材能够在血管内运动所能承受的最大阻力，若介入耗材所受阻力达到设定的上限值，则其运动会受阻，可能出现与血管壁抵接的情况，降低了介入耗材刺破血管的风险，提高了手术的安全性。

在本公开一种示例性实施方式中，由于人体末端的血管较细且多为弯曲状，介入耗材在血管内运动时，其所处的运动环境是不可控的，可能会出现在运动时介入耗材突然触碰到血管壁的情况。因此，若介入耗材受到的阻力达到可刺破血管壁的临界值时，介入耗材便可以向相反方向运动，能够有效地避免在操作人员作出反应时间内介入耗材刺破血管的可能，有利于提高手术的安全性，在医疗领域中，对于实现精确的介入操作和减少患者风险具有重要意义。其中，介入耗材刺破血管的临界值本领域技术人员可根据实际情况设定。

在本公开一种示例性实施方式中，如图5所示，主端操控及力反馈机构还可包括顶丝。顶丝可设置有两个，其中一个顶丝活动旋拧于头端控制件4内部，用于将头端控制件4与第二舵机5的输出轴固定连接；另一个顶丝活动旋拧于齿轮72与第二舵机5连接处，用于将传动组件7与第一舵机6的输出轴固定连接。其中，两个顶丝分别旋拧头端控制件4和齿轮72内部，使得头端控制件4和齿轮72分别与第二舵机5的输出轴和第一舵机6的输出轴进行连接和固定。通过两个顶丝确保了头端控制件4与第二舵机5之间以及齿轮72与第一舵机6之间的力传递和运动。在头端控制件4和齿轮72上均加工有螺纹孔，两个顶丝通过螺纹旋拧于螺纹孔中，其端部分别与第二舵机5的输出轴和第一舵机6的输出轴抵接，从而实现固定。螺纹结构提供了良好的连接强度和稳定性，防止在运动中出现松动或脱落。其次，由于螺纹结构的特性，可以通过调整旋转角度来调节连接的紧固程度。这种可调节性使得头端控制件4与第二舵机5之间以及齿轮72与第一舵机6之间的连接可以适应不同的工作需求。

本公开实施方式的主端操控及力反馈机构用于介入手术机器人，如图1所示，介入手术机器人包括主端操控盒1和控制面板11。主端操控盒1设置在介入手术机器人的主端，支撑架2可安装于主端操控盒1内，主端操控及力反馈机构部分安装于主端操控盒1内，头端控制件4一端穿过主端操控盒1盒体，位于主端操控盒1外部，便于操作人员操控。控制面板11设置在主端操控盒1上，用于显示介入耗材在人体内运动的图像。在手术过程中，操作人员可以根据控制面板11显示的介入耗材运动模拟图形，并结合头端控制件4以及传动连接部3的力反馈感受，准确地判定介入耗材的受力情况，为介入耗材的运动提供更有效的控制，提高了手术的安全性和准确性。

在本公开一种示例性实施方式中，主端操控及力反馈机构还可包括控制器。控制器设置在主端操控盒1内部，第二舵机5、第一舵机6均与控制器电连接，控制器用于接收和处理介入耗材的受力信息，并将受力信息传递给第二舵机5或第一舵机6，当然，受力信息的具体采集方式不限。控制器为介入耗材受力信息传递和处理的中枢，当介入耗材上的传感器将受力信息传递给控制器，控制器接收到受力信息后，会根据预先设定的算法和逻辑进行处理，当然，具体算法和逻辑可以根据实际使用需求自行设定，并将结果反馈至第二舵机5、第一舵机6、介入耗材的运动部件等，确保第二舵机5和第一舵机6能够根据需要进行准确的运动调整。

在本公开一种示例性实施方式中，主端操控及力反馈机构可以设置有两组，两组主端操控及力反馈机构对称设置在主端操控盒1上，两组主端操控及力反馈机构分别用于控制导丝和导管的运动。操作人员可以通过两组主端操控及力反馈机构控制导丝和导管配合运动，能够提高手术效率，缩短手术时间，减少操作人员的体力消耗，提高手术的安全性。另外，一主端操控及力反馈机构对应控制一件介入耗材的运动，提高了操作人员的操作手感和控制，有利于提高手术的安全性。

本公开实施方式主端操控及力反馈机构的实施原理为：在介入手术中，操作人员通过旋转头端控制件4，带动第二舵机5的输出轴转动，旋转编码器收集第二舵机5的输出轴的旋转角度，系统将头端控制件4的旋转角度信息转化为电信号，并控制介入耗材旋转，当介入耗材旋转受阻，第二舵机5产生阻转电流，阻碍头端控制件4旋转，进而使得介入耗材旋转减缓，操作人员也可以通过头端控制件4受阻直观地感受到介入耗材旋转受阻；操作人员通过推动头端控制件4，带动传动连接部3在第一平面内摆动，传动连接部3摆动可通过传动组件7带动第一舵机6的输出轴转动，倾角编码器34收集传动连接部3的摆动角度信息，系统将传动连接部3的摆动角度信息转化为电信号，并控制介入耗材前进或后退，当介入耗材前进或后退受阻，第一舵机6产生阻转电流，阻碍齿轮72转动，使齿轮72和齿条712之间的啮合运动受到阻碍，进而传动连接部3摆动受到阻碍，使得介入耗材减缓前进或后退，操作人员也可以通过传动连接部3摆动受阻直观地感受到介入耗材前进或后退受阻。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本发明旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (10)

1.一种主端操控及力反馈机构，用于介入手术机器人，其特征在于，包括：

支撑架；

传动连接部，与所述支撑架转动连接；

头端控制件，设于所述传动连接部的端部且可相对于所述传动连接部旋转，所述头端控制件旋转时用于控制介入耗材的转动，所述头端控制件摆动时带动所述传动连接部在第一平面内摆动，所述传动连接部摆动时用于控制介入耗材的前进或后退；

传动组件，与所述传动连接部转动连接，所述传动组件包括传动件和齿轮，所述传动件用于传递所述传动连接部的摆动至所述齿轮；

第一舵机，所述第一舵机的输出轴与所述齿轮固定连接，所述第一舵机用于通过所述传动组件为所述传动连接部提供阻转力矩。

2.根据权利要求1所述的主端操控及力反馈机构，其特征在于，所述传动件包括：

连杆，所述连杆的一端与所述传动连接部远离所述头端控制件的一端转动连接；

齿条，所述齿条的一端与所述连杆转动连接，且所述齿条与所述齿轮啮合；

所述传动组件还包括：

导向件，与所述支撑架固定连接，用于引导所述齿条滑动且使所述齿条与所述齿轮始终啮合。

3.根据权利要求2所述的主端操控及力反馈机构，其特征在于，在所述传动连接部的最大摆动范围内，所述连杆的两端安装孔中心线的距离大于所述传动连接部与所述连杆的安装轴线到所述齿条的最大距离。

4.根据权利要求2所述的主端操控及力反馈机构，其特征在于，所述传动连接部摆动过程中，所述传动连接部与所述支撑架的转动轴线、以及所述连杆两端的安装孔中心线三者永远不会在同一平面内。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的主端操控及力反馈机构，其特征在于，所述主端操控及力反馈机构还包括：

第二舵机，设于所述传动连接部和所述头端控制件之间，且所述第二舵机的输出轴与所述头端控制件固定连接，所述第二舵机用于为所述头端控制件提供阻转力矩。

6.根据权利要求5所述的主端操控及力反馈机构，其特征在于：所述第二舵机用于根据所接收的介入耗材旋转受到的阻力大小信息产生相应大小的阻转电流，并为所述头端控制件提供阻转力矩。

7.根据权利要求6所述的主端操控及力反馈机构，其特征在于：所述第二舵机接收到的阻力信息达到设定的上限值时，所述第二舵机向第一转动方向的转动锁死，使所述头端控制件只可反向旋转。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的主端操控及力反馈机构，其特征在于：所述第一舵机用于根据所接收的介入耗材前进或后退受到的阻力大小信息产生相应大小的阻转电流，并通过所述传动组件为所述传动连接部提供阻转力矩。

9.根据权利要求8所述的主端操控及力反馈机构，其特征在于：所述第一舵机接收到的阻力信息达到设定的上限值时，所述第一舵机向第二转动方向的转动锁死，使所述传动连接部只可反向摆动。

10.一种介入手术机器人，其特征在于，包括主端操控盒和权利要求1-9任一项所述的主端操控及力反馈机构；

所述支撑架设于所述主端操控盒内；

所述主端操控盒上设置有控制面板，所述控制面板用于显示介入耗材在人体内运动的模拟图像。