CN211381652U - 一种电磁力反馈式穿刺手术控制系统及机器人穿刺设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了电磁力反馈式穿刺手术控制系统，包括穿刺针装置和力反馈式控制装置；电动推杆通过连接法兰安装在机器人上；持针部件包括连接组件和穿刺针伸缩防护套管，连接组件连接在电动推杆的滑块上，穿刺针伸缩防护套管包括外套管和内套管，外套管可拆装式地连接在连接组件上，内套管可伸缩地套接在外套管内；穿刺针的尖端从内套管伸出；力反馈式控制装置包括操控手柄、力反馈组件以及主控制器，操控手柄的操作杆可转动或可滑动地安装在底座上，底座上设有供操作杆触碰的行程开关；力反馈组件包括电磁铁和用于检测穿刺针所受阻力的测力传感器，操作杆上固定连接磁铁，磁铁位于电磁铁的磁场感应范围内，本实用新型还提供一种机器人穿刺设备。

Description

一种电磁力反馈式穿刺手术控制系统及机器人穿刺设备

技术领域

本实用新型涉及医疗器械技术领域，尤其是涉及一种电磁力反馈式穿刺手术控制系统及机器人穿刺设备。

背景技术

目前的穿刺手术需使用X光机，X光机的X射线对人体会产生损伤，射线照得越多，致癌危险性则越大，对医生和病人的健康损害也越严重。医生需要对不同的病人做病例检查和手术治疗，使用X光机的频率较高，接受照射的剂量较大，受到射线损害也更为严重。

现有技术采用机器人替代医生手动穿刺操作，借助机械手进行穿刺手术，可以在穿刺针定向定位后，让机械手沿着穿刺针的方向运动，实现进针和退针，可以完成穿刺手术。但对穿刺使用的穿刺针、机器人末端夹持机构、穿刺机构都有着很高的要求。现有的机器人穿刺技术存在以下问题：

(1)在机器穿刺过程中容易出现穿刺针弯曲、折弯等问题，导致穿刺的精度不高。国外普遍认同人工进行穿刺，机器人辅助定位，避免机器人程序故障导致穿刺过程中的意外出现。

(2)手术医生通过手柄控制穿刺进针和退针，却不能感觉到进针和退针过程中的阻力变化，无法掌握穿刺针在进针过程中力的大小，难以全方位的掌握手术操作状况，导致手术操作难度较大，具有一定的手术风险。

因此，目前采用机器人进行穿刺手术技术还不成熟，还没有足够完善的电动穿刺装置。

实用新型内容

本实用新型提供了一种电磁力反馈式穿刺手术控制系统及机器人穿刺设备，以解决现有的穿刺针在手术中容易变形和手柄不能实现力反馈的技术问题，本实用新型能够增强穿刺针的稳定性，同时实现手柄的力反馈功能，能够提高穿刺机器的可靠性和手术效率。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种电磁力反馈式穿刺手术控制系统，包括穿刺针装置和力反馈式控制装置；

所述穿刺针装置包括电动推杆、持针部件以及穿刺针，所述电动推杆通过连接法兰安装在机器人上；所述持针部件包括连接组件和穿刺针伸缩防护套管，所述连接组件连接在所述电动推杆的滑块上，所述穿刺针伸缩防护套管包括外套管和内套管，所述外套管可拆装式地连接在所述连接组件上，所述内套管可伸缩运动地套接在所述外套管内；所述穿刺针套接在所述内套管和所述外套管内，且所述穿刺针的尖端从所述内套管伸出；

所述力反馈式控制装置包括操控手柄、力反馈组件以及主控制器，所述操控手柄的操作杆可转动或可滑动地安装在底座上，且所述底座上设有供所述操作杆触碰的行程开关，所述行程开关、所述电动推杆分别与所述主控制器电连接；所述力反馈组件包括电磁铁和用于检测所述穿刺针所受阻力的测力传感器，所述测力传感器、所述电磁铁分别与所述主控制器电连接，所述操作杆上固定连接磁铁，所述磁铁位于所述电磁铁的磁场感应范围内。

作为优选方案，所述外套管的一端端部上设有针座和端帽，所述内套管的一端位于所述外套管内，所述内套管的另一端伸出于所述外套管的另一端且可与所述外套管的另一端相对运动，所述穿刺针沿所述外套管的一端插入所述外套管和内套管内，且所述穿刺针的尖端伸出于所述内套管的另一端。

作为优选方案，所述连接组件包括连接座、快接接头以及连接件；

所述连接座的底部安装在所述电动推杆的滑块上，所述测力传感器设于所述连接座上；

所述快接接头安装在所述连接座的顶部上，且所述快接接头上设有安装槽，所述连接件上设有凸起部，所述外套管可拆装式地连接在所述连接件上，在所述穿刺针伸缩防护套管装配在所述连接组件上时，所述凸起部插入所述安装槽内并通过螺丝紧固。

作为优选方案，所述连接件上设有贯穿其两侧的套管安装通孔，所述外套管套接在所述套管安装通孔内。

作为优选方案，所述电动推杆包括步进电机、行程导轨以及滑块，所述行程导轨受所述步进电机驱动，所述滑块可滑动地安装在所述行程导轨上，所述行程导轨上设有限位开关和位移传感器，所述步进电机、所述限位开关、所述位移传感器均与所述主控制器电连接。

作为优选方案，所述电磁铁包括铁芯和缠绕在所述铁芯上的线圈，所述铁芯设于所述操作杆的下方，所述线圈与所述主控制器电连接。

所述铁芯、所述线圈、所述操作杆外套设有防尘罩。

作为优选方案，所述铁芯的顶部呈弧形凹槽结构，所述操作杆的底部为弧形凸起结构；所述操作杆通过旋转轴可转动地连接在所述底座的支架上。

作为优选方案，所述铁芯包括绕线柱、第一磁极、第二磁极；

所述线圈缠绕在所述绕线柱上，所述第一磁极设于所述绕线柱的一端并凸出于所述绕线柱的顶部，所述第二磁极设于所述绕线柱的另一端并凸出于所述绕线柱的顶部，所述操作杆的底部位于所述绕线柱的顶部上方，且位于所述第一磁极、所述第二磁极之间；

所述操作杆通过旋转轴可转动地连接在所述底座的支架上，且所述行程开关设于所述支架上。

作为优选方案，所述铁芯包括绕线柱、第一磁极、第二磁极；

所述线圈缠绕在所述绕线柱上，所述第一磁极设于所述绕线柱的一端并凸出于所述绕线柱的顶部，所述第二磁极设于所述绕线柱的另一端并凸出于所述绕线柱的顶部，所述操作杆的底部位于所述绕线柱的顶部上方，且位于所述第一磁极、所述第二磁极之间；

所述第一磁极、所述第二磁极之间设有滑动导杆，所述磁铁可滑动地连接在所述滑动导杆上，所述操作杆的底部固定在所述磁铁上，所述行程开关设于所述滑动导杆上，所述绕线柱设于所述底座上。

作为优选方案，所述主控制器包括可编程控制器和可调电源，所述可编程控制器的驱动控制端与所述电动推杆电连接，所述可编程控制器的数据采集端与所述测力传感器电连接，所述可编程控制器的力反馈信号端与所述可调电源电连接，所述可调电源与所述线圈电连接。

作为优选方案，所述主控制器为集成电路板或计算机。

本实用新型实施例还提供了一种机器人穿刺设备，包括手术机器人以及上述的电磁力反馈式穿刺手术控制系统，所述穿刺针装置安装在所述手术机器人的机械手上。

相比于现有技术，本实用新型实施例具有如下有益效果：

1、通过所述穿刺针伸缩防护套管，既能便于所述穿刺针穿插式安装，又能保证所述穿刺针在穿刺过程中的刚度，避免穿刺针在穿刺过程中发生物理形变。

2、所述穿刺针伸缩防护套管具有伸缩作用，能随所述穿刺针的穿刺运动而灵活调整套管长度，不会妨碍所述穿刺针的穿刺动作，所述内套管和所述外套管构成的动态调节套管可以有效避免所述穿刺针的变形，使用灵活，可操作性强。

3、所述穿刺针伸缩防护套管为可拆装式，以适配于不同品牌、不同规格的一次性医用穿刺针，且在手术过程中，医生可以将整个所述穿刺针伸缩防护套管及其内部的穿刺针拆离所述连接组件，通过手动操控穿刺针的进针和退针。

4、所述穿刺针伸缩防护套管为中空管状结构，内部通道便于穿刺针的穿插和固定，有利于提高穿刺手术的效率。

5、所述电动推杆用于驱动所述穿刺针进行直线运动，所述电动推杆受控于所述主控制器，当接收指令后，通过电机驱动滑块进行直线运动，从而带动所述穿刺针的进针运动或退针运动。

6、通过所述操控手柄控制所述穿刺针的运动，医生手持所述操作杆并触碰所述行程开关，以触发前进或后退信号并发送至所述主控制器，从而相应控制所述电动推杆。

7、在所述穿刺针进针或退针时，所述测力传感器检测到所述穿刺针受到的阻力，则由所述主控制器进行信号处理，并通过控制所述电磁铁产生磁力场，与所述操作杆底部的磁铁合成磁场，从而使得所述操作杆具有一定的回复力，使得所述操作杆具有返回中心原点的反馈力，进而使医生感觉到相应的阻力，这样实现了力反馈式穿刺针手术操控，使操作者能感觉到真实的穿刺过程。

附图说明

图1是本实用新型实施例中的电磁力反馈式穿刺手术控制系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中的电磁力反馈式穿刺手术控制系统的电路原理图；

图3是本实用新型实施例中的电磁力反馈式穿刺手术控制系统的控制逻辑图；

图4是本实用新型实施例中的穿刺针伸缩防护套管、连接件的装配结构示意图；

图5是本实用新型实施例中的电动推杆的剖视图；

图6是本实用新型实施例中的操控手柄实现力反馈的原理图；

图7是本实用新型实施例中的力反馈式控制装置的结构示意图；

图8是本实用新型实施例中的力反馈式控制装置的结构示意图；

图9是本实用新型实施例中的力反馈式控制装置的结构示意图；

其中，说明书附图中的附图标记如下：

1、穿刺针；11、电动推杆；111、步进电机；12、连接法兰；

13、连接组件；131、连接座；132、快接接头；133、连接件；1331、凸起部；134、螺丝；

14、穿刺针伸缩防护套管；141、外套管；142、内套管；

15、针座；151、端帽；

16、滑块；161、螺母；

17、行程导轨；18、步进电机及齿轮箱；19、丝杆；

2、操作杆；21、旋转轴；22、磁铁；23、行程开关；24、铁芯；25、线圈；26、支架；27、底座；28、防尘罩；29、滑动导杆；

3、主控制器；31、测力传感器；32、限位开关；33、位移传感器；34、可调电源。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参见图1至图9，本实用新型优选实施例提供了一种电磁力反馈式穿刺手术控制系统，包括穿刺针装置和力反馈式控制装置，具体说明如下：

结合图1、图4、图5所示，所述穿刺针装置包括电动推杆11、持针部件以及穿刺针1，所述电动推杆11通过连接法兰12安装在机器人上；所述持针部件包括连接组件13和穿刺针伸缩防护套管14，所述连接组件13连接在所述电动推杆11的滑块16上，所述穿刺针伸缩防护套管14包括外套管141和内套管142，所述外套管141可拆装式地连接在所述连接组件13上，所述内套管142可伸缩运动地套接在所述外套管141内；所述穿刺针1套接在所述内套管142和所述外套管141内，且所述穿刺针1的尖端从所述内套管142伸出。

在本实施例中，通过所述穿刺针伸缩防护套管14，既能便于所述穿刺针1穿插式安装，又能保证所述穿刺针1在穿刺过程中的刚度，避免穿刺针1在穿刺过程中发生物理形变。所述穿刺针伸缩防护套管14具有伸缩作用，能随所述穿刺针1的穿刺运动而灵活调整套管长度，不会妨碍所述穿刺针1的穿刺动作，所述内套管142和所述外套管141构成的动态调节套管可以有效避免所述穿刺针1的变形，使用灵活，可操作性强。所述穿刺针伸缩防护套管14为可拆装式，以适配于不同品牌、不同规格的一次性医用穿刺针1，且在手术过程中，医生可以将整个所述穿刺针伸缩防护套管14及其内部的穿刺针1拆离所述连接组件13，通过手动操控穿刺针1的进针和退针。所述穿刺针伸缩防护套管14为中空管状结构，内部通道便于穿刺针1的穿插和固定，有利于提高穿刺手术的效率。所述电动推杆11用于驱动所述穿刺针1进行直线运动，所述电动推杆11受控于所述主控制器3，当接收指令后，通过电机驱动滑块16进行直线运动，从而带动所述穿刺针1的进针运动或退针运动。

结合图1、图6、图7所示，所述力反馈式控制装置包括操控手柄、力反馈组件以及主控制器3，所述操控手柄的操作杆2可转动或可滑动地安装在底座27上，且所述底座27上设有供所述操作杆2触碰的行程开关23，所述行程开关23、所述电动推杆11分别与所述主控制器3电连接；所述力反馈组件包括电磁铁和用于检测所述穿刺针1所受阻力的测力传感器31，所述测力传感器31、所述电磁铁分别与所述主控制器3电连接，所述操作杆2上固定连接磁铁22，所述磁铁22位于所述电磁铁的磁场感应范围内。

在本实施例中，通过所述操控手柄控制所述穿刺针1的运动，医生手持所述操作杆2并触碰所述行程开关23，以触发前进或后退信号并发送至所述主控制器3，从而相应控制所述电动推杆11。在所述穿刺针1进针或退针时，所述测力传感器31检测到所述穿刺针1受到的阻力，则由所述主控制器3进行信号处理，并通过控制所述电磁铁产生磁力场，与所述操作杆2底部的磁铁22合成磁场，从而使得所述操作杆2具有一定的回复力，使得所述操作杆2具有返回中心原点的反馈力，进而使医生感觉到相应的阻力，这样实现了力反馈式穿刺针1手术操控，使操作者能感觉到真实的穿刺过程。其中，应当说明的是，所述测力传感器31用于检测拉向和压向力，当所述穿刺针1受到阻力时，用于固定所述穿刺针1的所述连接组件13也会产生相应的阻力信号，从而使得所述测力传感器31能够实时检测，当然的，可采用压力传感器、电阻应变片等等现有传感器领域中所存在的力传感器作为本实用新型的测力传感器31，在此不进行赘述。

请参见图1和图4，在其中一种优选实施例中，为了便于所述穿刺针1的拆装和穿刺手术的注水，所述外套管141的一端端部上设有针座15和端帽151，所述内套管142的一端位于所述外套管141内，所述内套管142的另一端伸出于所述外套管141的另一端且可与所述外套管141的另一端相对运动，所述穿刺针1沿所述外套管141的一端插入所述外套管141和内套管142内，且所述穿刺针1的尖端伸出于所述内套管142的另一端。

请参见图1和图5，在其中一种优选实施例中，为了便于所述持针部件的快速拆装，所述连接组件13包括连接座131、快接接头132以及连接件133；所述连接座131的底部安装在所述电动推杆11的滑块16上，所述测力传感器31设于所述连接座131上；所述快接接头132安装在所述连接座131的顶部上，且所述快接接头132上设有安装槽，所述连接件133上设有凸起部1331，所述外套管141可拆装式地连接在所述连接件133上，在所述穿刺针伸缩防护套管14装配在所述连接组件13上时，所述凸起部1331插入所述安装槽内并通过螺丝134紧固。

请参见图4，为了使结构合理化，在其中一种优选实施例中，所述连接件133上设有贯穿其两侧的套管安装通孔，所述外套管141套接在所述套管安装通孔内。所述连接件133可采用塑胶套、橡胶套等，能够与所述外套管141过盈配合或通过胶粘固定。

请参见图1和图5，在其中一种优选实施例中，所述电动推杆11包括步进电机111、行程导轨17以及滑块16，所述行程导轨17受所述步进电机111驱动，所述滑块16可滑动地安装在所述行程导轨17上，所述行程导轨17上设有限位开关32和位移传感器33，所述步进电机111、所述限位开关32、所述位移传感器33均与所述主控制器3电连接。

在本实施例中，所述主控制器3指挥所述电动推杆11以控制所述步进电机111运行，所述步进电动机转动通过齿轮箱减速驱动丝杆18转动，将丝杆18旋转运动转换为所述滑块16的直线运动，则丝杆18、螺母161传动驱动所述滑块16移动，而所述滑块16通过所述连接组件13连接持针器，进而带动安装在所述穿刺针伸缩防护套管14的所述穿刺针1进行穿刺运动。此外，所述电动推杆11密封，易消毒，保持卫生，利用所述齿轮箱的减速作用，能够提高精度和增大推力。

在本实用新型实施例中，所述穿刺针装置作为穿刺机器人的末端执行机构，通过所述连接法兰12安装于机器人末端；所述连接法兰12上安装具有步进电机111的行程导轨17，所述主控制器3通过所述步进电机111可驱动滑块16在所述行程导轨17上运动。

所述测力传感器31安装在所述滑块16上的连接组件13上，用以测量穿刺过程中的压力情况；所述连接座131的顶端为所述连接件133，用于安装不同型号的穿刺针1套管，所述连接件133上设有螺纹通孔与手拧螺丝134，可拧紧螺丝134固定所述连接件133。

所述穿刺针伸缩防护套管14的末端设有端帽151，使穿刺针1在穿刺过程中不会向后移动导致所述穿刺针1凹陷于所述穿刺针伸缩防护套管14中，从而避免影响穿刺效果与穿刺力。

所述穿刺针装置使用以步进电机111驱动穿刺的独立操作程序替代使用机器人进行手术穿刺，确保了因机器人程序故障而出现的穿刺风险，同时电动穿刺装置相对机器人控制穿刺精度更高，可与其他力反馈操作设备进行组成，提高手术穿刺的感官性，提高穿刺精度。

所述穿刺针伸缩防护套管14为可拆卸更换的穿持针套管，能适用于目前市面上不同品牌、结构的一次性医用穿刺针1，应用的范围广。在穿刺前，所述穿刺针伸缩防护套管14滑下直至漏出所述穿持针的针头，穿刺过程中，随着穿刺针1进入皮肤，所述穿刺针伸缩防护套管14皮肤被向后推动，从而保证所述穿刺针1在穿刺过程中的刚度，解决了所述穿刺针1在穿刺过程中发生物理形变的难题。

在本实用新型实施例中，力反馈实现的原理就是通过感知人的行为模拟出相应的力、震动或被动的运动，反馈给使用者，这种机械上的刺激可以帮助我们从力觉触觉上感受到虚拟环境中的物体，可以更加真实地体验到力反馈设备反馈给操作者的力及力矩的信息，使操作者能感收到作用力。

操作者在使用所述力反馈式控制装置控制所述穿刺针装置时，通过推动所述操控手柄以使所述操作杆2压到所述限位开关32，从而触发电磁力反馈手柄的前进或后退信号，然后通过所述主控制器3对前进或后退信号进行信号处理，以控制所述电动推杆11实现穿刺针1的运动控制。其中，所述操控手柄为通过摇摆/推动所述操作杆2压合所述行程开关23，才能触发手柄的前进、后退信号。

然后当所述穿刺针1在受到阻力时，所述测力传感器31将检测到的阻力信号反馈至所述主控制器3，所述主控制器3对力反馈的信号进行接收处理，所述主控制器3在接收传感器反馈信号后，经信号放大处理，输出相应电流至所述电磁铁后产生磁力场，与所述操作杆2底部的所述磁铁22合成磁场，使操作杆2具有一定的回复力(使手柄回中心原点的力)，以调整所述操控手柄上与推动方向相反的电磁力的大小；这样，通过将对应的力觉触觉信息通过电信号读取，再把电信号转换了电磁力，作用于操作者的所述操控手柄上，利用测力反馈、信号处理、电磁控制原理实现了人机交互控制的触觉反馈。

此外，在本实施例中，所述主控制器3的输入信号来自所述测力传感器31，因此所述力反馈式控制装置能够根据穿刺过程中碰到的组织不同的阻力，产生不同的回复力，有利于操作者能感觉到真实的穿刺过程。所述主控制器3为集成电路板或计算机。或者，所述主控制器3包括可编程控制器和可调电源34，所述可编程控制器的驱动控制端与所述电动推杆11电连接，所述可编程控制器的数据采集端通过数据采集卡与所述测力传感器31电连接，所述可编程控制器的力反馈信号端与所述可调电源34电连接，所述可调电源34与所述线圈25电连接。其中，所述测力传感器31的接收与转换计算设备，用于读取人机控制过程中操作设备所受到的力觉触觉信息，所述可调电源34为所述力反馈组件的电磁力调节设备，通过将所述数据采集卡采集所得的力觉触觉信息进行计算调整，再传输相应的电信号至所述可调电源34，从而调节所述电磁铁的电磁力强度。

因此，所述力反馈式控制装置作为电磁力反馈手柄的操作及反馈设备，通过所述操控手柄对人机控制中的操作设备进行控制，同时由所述可调电源34调节所述电磁铁上电磁力的强度，实现对操作设备力觉触觉的信号反馈。

其中，收集力信息一般使用传感器较多，而传感器信号一般为电信号，故使用数据采集卡读取传感器的电信号，通过编程，修改读取到信号的上限及下限，使力反馈更精确可调，并再通过所述数据采集卡的电信号输出至所述可调电源34，同时，所述数据采集卡也能起到对所述行程开关23的开关量信号起到采集作用。所述可调电源34作为电源装置，具有升压调压功能并输出一个电压较低的电型号，通过电源电路(或信号放大电路)调整电压，输出一个适合驱动设备的电压信号，通过读取数据采集卡输送过来的经过调整的电信号，对该信号进行升压调节，再把升压后的电信号输送至所述电磁铁，从而实现把传感器信号调整放大至电磁铁上，实现力反馈组件的力觉触觉信号至所述操控手柄上力觉触觉信号的输送。

下面介绍所述力反馈式控制装置的具体改进：

请参见图1、图6、图7，在其中一种优选实施例中，所述电磁铁包括铁芯24和缠绕在所述铁芯24上的线圈25，所述铁芯24设于所述操作杆2的下方，所述线圈25与所述主控制器3电连接。所述铁芯24、所述线圈25、所述操作杆2外套设有防尘罩28。

在本实施例中，所述电磁铁的磁场强度与电磁铁的线圈25匝数、通电电流及中心的导磁物质有关，所述操控手柄上的电磁铁为固定型号的电磁铁安装与操作手柄底部，即电磁铁线圈25匝数固定，同时由于所述操控手柄的机械结构固定，中心的导磁物质也为固定。为了增强操作手柄电磁力的大小，所述操作杆2的下端选用的是强磁铁22，通过强磁铁22与通电时的电磁铁N极与S极的吸力远远大于电工纯铁(导磁性能好的金属)与通电时的电磁铁的吸力的性质，从而增大力反馈组件反馈的电磁力，同时利用在不通电情况下强磁铁22对电磁铁表面金属的吸力，使操作手柄默认处于垂直位置。

在本实施例中，通过对电磁铁进行控制，调整电磁力的大小，实现控制手柄力反馈的原理。所述操作杆2底部带磁铁22与铁芯、线圈间隙摆放，在通电后合成磁场，能够产生回复力。而且，不同的间隙、不同的磁铁22(磁性元件)、铁芯形状，会有不同的效果，结构设计如下：

请参见图7，在第一种优选实施例中，所述铁芯24的顶部呈弧形凹槽结构，所述磁铁22设于所述操作杆2的底部且呈弧形凸起结构；所述操作杆2通过旋转轴21可转动地连接在所述底座27的支架26上，且所述行程开关23设于所述支架26上。

在本实施例中，不同的操作杆长度R和旋转半径r构成不同的杠杆，影响回复力的大小。因此将r：R设计为0.5-1范围，结合所述主控制器3的控制电路可采用直流放大电路，得到较高频率响应。

此外，通过结构改进，调整、变换线圈、铁芯、的机械结构与磁性元件的机械机构，从而改变操纵手柄的机械运动机构。如下两种方案为为通过调整变换为力受力方向不一样的曲柄摇杆机构与曲柄滑块16机构，但都为使用电磁原理。

请参见图8，在第二种优选实施例中，所述铁芯24包括绕线柱、第一磁极、第二磁极；

所述线圈25缠绕在所述绕线柱上，所述第一磁极设于所述绕线柱的一端并凸出于所述绕线柱的顶部，所述第二磁极设于所述绕线柱的另一端并凸出于所述绕线柱的顶部，所述操作杆2的底部位于所述绕线柱的顶部上方，且位于所述第一磁极、所述第二磁极之间；

所述操作杆2通过旋转轴21可转动地连接在所述底座27的支架26上，且所述行程开关23设于所述支架26上。

请参见图9，在第三种优选实施例中，所述铁芯24包括绕线柱、第一磁极、第二磁极；

所述线圈25缠绕在所述绕线柱上，所述第一磁极设于所述绕线柱的一端并凸出于所述绕线柱的顶部，所述第二磁极设于所述绕线柱的另一端并凸出于所述绕线柱的顶部，所述操作杆2的底部位于所述绕线柱的顶部上方，且位于所述第一磁极、所述第二磁极之间；

所述第一磁极、所述第二磁极之间设有滑动导杆29，所述磁铁22可滑动地连接在所述滑动导杆29上，所述操作杆2的底部固定在所述磁铁22上，所述行程开关23设于所述滑动导杆29上，所述绕线柱设于所述底座27上。

本实用新型实施例还提供了一种机器人穿刺设备，包括手术机器人以及上述的电磁力反馈式穿刺手术控制系统，所述穿刺针装置安装在所述手术机器人的机械手上。

综上，本实用新型提供了一种电磁力反馈式穿刺手术控制系统及机器人穿刺设备，其中任一实施例的有益效果在于：

1、通过所述穿刺针伸缩防护套管14，既能便于所述穿刺针1穿插式安装，又能保证所述穿刺针1在穿刺过程中的刚度，避免穿刺针1在穿刺过程中发生物理形变。

2、所述穿刺针伸缩防护套管14具有伸缩作用，能随所述穿刺针1的穿刺运动而灵活调整套管长度，不会妨碍所述穿刺针1的穿刺动作，所述内套管142和所述外套管141构成的动态调节套管可以有效避免所述穿刺针1的变形，使用灵活，可操作性强。

3、所述穿刺针伸缩防护套管14为可拆装式，以适配于不同品牌、不同规格的一次性医用穿刺针1，且在手术过程中，医生可以将整个所述穿刺针伸缩防护套管14及其内部的穿刺针1拆离所述连接组件13，通过手动操控穿刺针1的进针和退针。

4、所述穿刺针伸缩防护套管14为中空管状结构，内部通道便于穿刺针1的穿插和固定，有利于提高穿刺手术的效率。

5、所述电动推杆11用于驱动所述穿刺针1进行直线运动，所述电动推杆11受控于所述主控制器3，当接收指令后，通过电机驱动滑块16进行直线运动，从而带动所述穿刺针1的进针运动或退针运动。

6、通过所述操控手柄控制所述穿刺针1的运动，医生手持所述操作杆2并触碰所述行程开关23，以触发前进或后退信号并发送至所述主控制器3，从而相应控制所述电动推杆11。

7、在所述穿刺针1进针或退针时，所述测力传感器31检测到所述穿刺针1受到的阻力，则由所述主控制器3进行信号处理，并通过控制所述电磁铁产生磁力场，与所述操作杆2底部的磁铁22合成磁场，从而使得所述操作杆2具有一定的回复力，使得所述操作杆2具有返回中心原点的反馈力，进而使医生感觉到相应的阻力，这样实现了力反馈式穿刺针1手术操控，使操作者能感觉到真实的穿刺过程。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种电磁力反馈式穿刺手术控制系统，其特征在于，包括穿刺针装置和力反馈式控制装置；

所述穿刺针装置包括电动推杆、持针部件以及穿刺针，所述电动推杆通过连接法兰安装在机器人上；所述持针部件包括连接组件和穿刺针伸缩防护套管，所述连接组件连接在所述电动推杆的滑块上，所述穿刺针伸缩防护套管包括外套管和内套管，所述外套管可拆装式地连接在所述连接组件上，所述内套管可伸缩运动地套接在所述外套管内；所述穿刺针套接在所述内套管和所述外套管内，且所述穿刺针的尖端从所述内套管伸出；

所述力反馈式控制装置包括操控手柄、力反馈组件以及主控制器，所述操控手柄的操作杆可转动或可滑动地安装在底座上，且所述底座上设有供所述操作杆触碰的行程开关，所述行程开关、所述电动推杆分别与所述主控制器电连接；所述力反馈组件包括电磁铁和用于检测所述穿刺针所受阻力的测力传感器，所述测力传感器、所述电磁铁分别与所述主控制器电连接，所述操作杆上固定连接磁铁，所述磁铁位于所述电磁铁的磁场感应范围内。

2.如权利要求1所述的电磁力反馈式穿刺手术控制系统，其特征在于，所述外套管的一端端部上设有针座和端帽，所述内套管的一端位于所述外套管内，所述内套管的另一端伸出于所述外套管的另一端且可与所述外套管的另一端相对运动，所述穿刺针沿所述外套管的一端插入所述外套管和内套管内，且所述穿刺针的尖端伸出于所述内套管的另一端。

3.如权利要求1所述的电磁力反馈式穿刺手术控制系统，其特征在于，所述连接组件包括连接座、快接接头以及连接件；

所述连接座的底部安装在所述电动推杆的滑块上，所述测力传感器设于所述连接座上；

所述快接接头安装在所述连接座的顶部上，且所述快接接头上设有安装槽，所述连接件上设有凸起部，所述外套管可拆装式地连接在所述连接件上，在所述穿刺针伸缩防护套管装配在所述连接组件上时，所述凸起部插入所述安装槽内并通过螺丝紧固。

4.如权利要求3所述的电磁力反馈式穿刺手术控制系统，其特征在于，所述连接件上设有贯穿其两侧的套管安装通孔，所述外套管套接在所述套管安装通孔内。

5.如权利要求1所述的电磁力反馈式穿刺手术控制系统，其特征在于，所述电动推杆包括步进电机、行程导轨以及滑块，所述行程导轨受所述步进电机驱动，所述滑块可滑动地安装在所述行程导轨上，所述行程导轨上设有行程开关和位移传感器，所述步进电机、所述行程开关、所述位移传感器均与所述主控制器电连接。

6.如权利要求1所述的电磁力反馈式穿刺手术控制系统，其特征在于，所述电磁铁包括铁芯和缠绕在所述铁芯上的线圈，所述铁芯设于所述操作杆的下方，所述线圈与所述主控制器电连接。

7.如权利要求6所述的电磁力反馈式穿刺手术控制系统，其特征在于，所述铁芯的顶部呈弧形凹槽结构，所述磁铁设于所述操作杆的底部且呈弧形凸起结构；

所述操作杆通过旋转轴可转动地连接在所述底座的支架上，且所述行程开关设于所述支架上。

8.如权利要求6所述的电磁力反馈式穿刺手术控制系统，其特征在于，所述铁芯包括绕线柱、第一磁极、第二磁极；

所述线圈缠绕在所述绕线柱上，所述第一磁极设于所述绕线柱的一端并凸出于所述绕线柱的顶部，所述第二磁极设于所述绕线柱的另一端并凸出于所述绕线柱的顶部，所述操作杆的底部位于所述绕线柱的顶部上方，且位于所述第一磁极、所述第二磁极之间；

所述操作杆通过旋转轴可转动地连接在所述底座的支架上，且所述行程开关设于所述支架上。

9.如权利要求6所述的电磁力反馈式穿刺手术控制系统，其特征在于，所述铁芯包括绕线柱、第一磁极、第二磁极；

所述线圈缠绕在所述绕线柱上，所述第一磁极设于所述绕线柱的一端并凸出于所述绕线柱的顶部，所述第二磁极设于所述绕线柱的另一端并凸出于所述绕线柱的顶部，所述操作杆的底部位于所述绕线柱的顶部上方，且位于所述第一磁极、所述第二磁极之间；

所述第一磁极、所述第二磁极之间设有滑动导杆，所述磁铁可滑动地连接在所述滑动导杆上，所述操作杆的底部固定在所述磁铁上，所述行程开关设于所述滑动导杆上，所述绕线柱设于所述底座上。

10.一种机器人穿刺设备，其特征在于，包括手术机器人以及如权利要求1～9任一项所述的电磁力反馈式穿刺手术控制系统，所述穿刺针装置安装在所述手术机器人的机械手上。

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