CN217285873U - 高精度控制细长构件旋转的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种高精度控制细长构件旋转的装置，其包括：至少两组传感器组件、旋转驱动装置和控制器，控制器与传感器组件和旋转驱动装置通讯连接，接收所述传感器组件的角度信息并控制旋转驱动装置的运动，使用状态下，细长构件的远端穿过非刚性固定结构，角度传感器固定连接于不随所述细长构件旋转的装置或者结构。

Description

高精度控制细长构件旋转的装置

技术领域

本实用新型涉及医疗器械，具体而言，涉及一种高精度控制细长构件旋转的装置。

背景技术

目前，微创介入治疗对于多种疾病具有显著的优点和应用前景，在进行微创介入治疗时，需要将细长型手术器械装置作为介入工具进入人体进行治疗，例如：细长型手术器械装置可以为光纤、液氮导管、水蒸气注入导管、或者射频探针等，特别是需要精确方向定位的定向出光光纤等，对于旋转有高精度的需求。

在进行微创介入治疗时，需要驱动细长型手术器械装置进行旋转，然而在末端为非刚性约束的情况下，例如通过橡胶塞等，由于细长型手术器械装置的长度较长，自身会发生一定程度的形变，导致在旋转方向上具有旋转应力，细长型手术器械装置的远端的旋转角度达到目标角度后，由于旋转应力的缓慢释放，在为施加外力的条件下，细长型手术器械装置的远端会继续旋转，造成旋转角度变化、不稳定不准确，无法满足治疗的需求，进一步导致影响微创介入治疗的效果，因此，为了消除或改善以上问题，本实用新型提出了一种高精度控制细长构件旋转的装置。

实用新型内容

本实用新型提供了一种高精度控制细长构件旋转的装置，以解决或减缓以上所述问题。具体的技术方案如下：

第一方面，本实用新型提供了一种高精度控制细长构件旋转的装置，包括：

至少两组传感器组件，所述传感器组件包括角度传感器；

旋转驱动装置，所述旋转驱动装置驱动所述细长构件旋转；

控制器，所述控制器与所述传感器组件和所述旋转驱动装置通讯连接，接收所述传感器组件的角度信息，控制所述旋转驱动装置的运动，所述控制器还可以接收控制信息输入；

使用状态下，所述细长构件的远端穿过非刚性固定结构，所述装置可以使得不同传感器处的细长构件旋转角度保持相同或基本相同，实现对所述细长构件的精确旋转控制。

在一些实施例中，本实用新型的控制细长构件旋转的装置包括第一组传感器组件和第二组传感器组件，控制器可以使得所述第一组传感器组件和所述第二组传感器组件测量的细长构件旋转角度相同或基本相同。

进一步地，在使用状态下，所述细长构件从远端至近端依次穿过第一组传感器组件和第二组传感器组件，所述第一组传感器组件设置成与所述非刚性固定结构相邻并测量该处所述细长构件的旋转角度，第二组传感器组件设置在所述旋转驱动装置临近位置并测量该处所述细长构件的旋转角度，所述角度传感器固定连接于不随所述细长构件旋转的装置或者结构。

在这些实施例中，使得所述第一组传感器组件和所述第二组传感器组件测量的角度相同或基本相同是这样实现的，减少或消除所述第一组传感器组件和所述第二组传感器组件之间的细长构件形变所累积应力，使得在所述细长构件末端旋转到目标角度后所述细长构件的末端不再发生转动。

使用控制器调控所述细长构件运动的具体方法包括但不限于的两个实例如下：

第一种：使用过程中，所述控制器通过旋转驱动装置使得所述细长构件朝一个方向发生旋转，所述第一组传感器组件测量的所述细长构件旋转到达预设角度时，控制器接收并记录此时的第二组传感器组件测量的所述细长构件旋转，同时控制所述旋转驱动装置停止转动并反向旋转使得第二组传感器组件附近的细长构件反向旋转一个角度，该角度是所述第二角度与所述第一角度的差值的绝对值。

第二种：使用过程中，所述控制器通过旋转驱动装置使得所述细长构件朝一个方向发生旋转，所述第一组传感器组件测量到所述细长构件开始旋转时，记录此时第二组传感器组件测量到的旋转角度，待所述第一组传感器组件测量的所述细长构件旋转到达预设角度时，控制所述旋转驱动装置停止转动并反向旋转使得第二组传感器组件附近的细长构件反向旋转所述旋转角度。

在本实用新型的又一些实施例中，控制细长构件旋转的装置的传感器组件还包括旋转定位装置，使得所述细长构件可以在测定角度的同时沿纵轴移动，使用状态下所述旋转定位装置夹紧所述细长构件，所述细长构件带动所述旋转定位装置旋转，所述角度传感器检测所述旋转定位装置的旋转角度，并发送所述旋转角度至所述控制器。

进一步地，所述旋转定位装置包括主体、至少一个可调动顶压器、两个轴承、第一轴和第二轴；所述主体的侧面设置有两个孔，所述主体的一端设置有凹槽，所述凹槽分别将所述两个孔分为两部分，所述凹槽的槽底设置有通孔，所述主体的一个端面设置有与可调动顶压器适配的第一孔，所述两个孔中靠近所述第一孔的一者与所述第一孔连通，所述两个轴承设置于所述凹槽内，所述第一轴穿过所述两个轴承中的一个轴承设置于所述两个孔中的一个孔内，所述第二轴穿过所述两个轴承中的另一个轴承设置于所述两个孔中的另一个孔内，所述可调动顶压器设置于所述第一孔内，所述细长构件设置于所述第一轴承和所述第二轴承之间并穿过所述槽底的通孔。

所述主体的远端设置有凸起，所述凸起设置有通孔，所述凸起的通孔与所述槽底的通孔连通，所述细长构件穿过所述凸起的通孔，所述角度传感器设置有卡孔，所述凸起与所述卡孔卡接。

顶压器可以调节压力，拧紧所述可调动顶压器两个轴承夹紧所述细长构件，所述两个轴承与所述细长构件之间的压力到达预定值，从而使得旋转定位装置中的细长构件仅能沿长轴方向移动。

在本实用新型的另一些实施例中，控制细长构件旋转的装置还包括套管，所述套管使得所述第一组传感器组件和所述第二组传感器组件之间的细长构件长度保持固定，允许细长构件在其中围绕长轴转动和沿长轴移动。

进一步地，第一组传感器组件和第二组传感器组件在使用状态下，可以固定连接于不随所述细长构件旋转的装置或者结构。

在本实用新型的另一些实施例中，控制细长构件旋转的装置还包括纵向运动装置，所述旋转驱动装置可以相对所述纵向运动装置运动，所述控制器对所述纵向运动装置发送控制信息，使得细长构件沿长轴运动；进一步地，纵向运动装置可以与所述第二传感器组件固定连接。

本实用新型实施例的创新点包括：通过设置至少两个角度传感器，对细长构件在不同位置处旋转角度的差异进行监控、反馈和调节，消除了在细长构件末端受到非刚性约束，在到达预定旋转角度后，受到细长构件本身所累积应力的影响，产生非预期的旋转，导致旋转角度错误。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例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介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例。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为本实用新型实施例提供的控制细长构件旋转的装置的一种结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的控制细长构件旋转的装置的另一种结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的传感器组件的一种结构示意图；

图4为图3的传感器组件的另一视角的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的控制细长构件旋转的装置的又一种结构示意图；

其中中，1细长构件，2非刚性固定结构，3第一角度传感器，4第二角度传感器，5旋转驱动装置，6纵向驱动装置，7固定连接，8套管。

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、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，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付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。

本实用新型的细长构件可以是光纤、电极、液氮导管、水蒸气注入导管、或者射频探针等，特别是需要精确方向定位的定向出光光纤等。在进行微创介入治疗时，需要驱动细长构件进行旋转，然而在末端为非刚性约束的情况下，例如通过橡胶塞等，由于细长型手术器械装置的长度较长，自身会发生一定程度的形变，导致在旋转方向上具有旋转应力，细长型手术器械装置的远端的旋转角度达到目标角度后，由于旋转应力的缓慢释放，旋转角度不稳定。

实施例1：

参见图1，示出了本实用新型的装置的一个实施例，其示出了在使用状态下，细长构件1通过了非刚性固定结构2，非刚性结构2可以是为了防止远端的液体溢出等情况使用的橡胶塞，细长构件1可以在非刚性结构2中转动，本实用新型的件使用状态下，靠近人体的一端称为远端，远离人体的一端为近端，第一角度传感器3和第二角度传感器4，旋转驱动装置5；其中未示出固定非刚性结构2、第一角度传感器3、第二角度传感器4、旋转驱动装置5的连接结构，使用过程中非刚性结构2可以直接或者间接的与人体结构，例如颅骨进行固定连接；第一角度传感器3和第二角度传感器4连接相同或者不同的固定物7，使得其在监测细长构件1旋转角度的情况下，不发生位置移动；第一角度传感器3、第二角度传感器4和旋转驱动装置5均与控制器(未示出)通讯连接，控制器接收输入信息，通过旋转驱动装置5驱动细长结构围绕其长轴转动，然后通过第一传感器3监测细长构件1末端的旋转角度，并通过向旋转驱动装置5发送调整命令，实现第一角度传感器3和第二角度传感器4监测到的转动角度基本相同。

在一些情况下，第一角度传感器3和第二角度传感器4连接相同的固定物7，固定物7使得第一角度传感器3和第二角度传感器4至今的细长构件充分伸展且不发生弯曲。

实施例2：

继续参照图1，控制器实现对细长构件1(例如光纤)的高精度调整的步骤如下，控制器通过旋转驱动装置5使得所述细长构件1围绕长轴朝一个方向发生旋转，第一角度传感器3测量的细长构件1旋转到达预设角度时，控制器接收并记录此时的第二角度传感器4测量的所述细长构件1旋转的第二角度，同时控制所述旋转驱动装置4停止转动并反向旋转使得第二角度传感器4附近的细长构件反向旋转一个角度，该角度是第二角度与预设角度的差值的绝对值，继而使得第一角度传感器3和第二角度传感器4显示的测量角度相同，细长构件1在第一角度传感器3和第二角度传感器4之间没有扭曲应力。

实施例3：

继续参照图1，控制器实现对细长构件1的高精度调整的另一种方法如下，控制器通过旋转驱动装置5使得所述细长构件1围绕长轴朝一个方向发生旋转，由于细长构件会发生形变，在靠近旋转驱动装置5的第二角度传感器4监测到细长构件1发生旋转的一定角度内，第一角度传感器3测量到的细长构件1的旋转角度一直为0，待第一角度传感器3测量到的细长构件1 的旋转角度不为0时，记录此时第二角度传感器4监测到的基础旋转角度，控制旋转驱动装置6继续旋转细长构件1，待第一角度传感器3检测细长构件1的旋转角度达到预期数值时，所述旋转驱动装置5停止转动并反向旋转使得第二组传感器组件附近的细长构件反向旋转基础旋转角度，继而使得第一角度传感器3和第二角度传感器4显示的测量角度相同，细长构件1在第一角度传感器3和第二角度传感器4之间没有扭曲应力。

实施例4：

参见图2，示出了本实用新型的装置的又一个实施例，其示出了在使用状态下，细长构件1通过了非刚性固定结构2，非刚性结构2可以是为了防止远端的液体溢出等情况使用的橡胶塞，使用过程中非刚性结构2可以直接或者间接的与人体结构，例如颅骨进行固定连接；

细长构件1可以在非刚性结构2中纵向(即，细长构件的长轴方向)移动和围绕长轴转动，第一组传感器组件3和第二组传感器组件4之间为传动套管8，传动套管8允许细长构件1从其中穿过并进行纵向运动和旋转，第一角度传感器3和第二组传感器组件4连接相同或者不同的固定物7，第一组传感器组件3、第二组传感器组件4和旋转驱动装置5均与控制器(未示出)通讯连接，控制器接收输入信息，通过旋转驱动装置5驱动细长结构围绕其长轴转动，然后通过第一组传感器组件3监测细长构件1末端的旋转角度，并通过向旋转驱动装置5发送调整命令，实现第一组传感器组件3和第二组传感器组件4监测到的转动角度基本相同；细长构件1可以通过手动进行纵向运动；

传感器组件3或4包括壳体、括角度传感器和旋转定位装置。其一个实例是这样构成的，参见图3和图4，以传感器组件3为例，其包含连接部(未示出)、角度传感器31和旋转定位装置32，细长构件1从其中穿过；旋转定位装置32包括轴承31，旋转定位装置32包括主体320、轴承321、可调动顶压器322、轴324；主体320的侧面设置有两个孔，用于容纳轴324，主体的一端设置有凹槽，凹槽分别将所述两个孔分为两部分，凹槽的槽底设置有通孔，主体320的一个端面设置有与可调动顶压器322适配的孔，容纳可调动顶压器322与容纳轴324的一个孔连接，该孔允许其中的324发生一定的位移，使用时通过可调动顶压器322调节该孔容纳的轴324与主体320的相对位置，使得旋转定位装置32允许细长构件1相对于其进行纵向运动，但旋转位置不变，即旋转定位装置32与细长构件1的旋转角度一致，主体320 的另一端设置有凸起，凸起设置有通孔，凸起的通孔与槽底的通孔连通，细长构件1穿过所述凸起的通孔，所述角度传感器31设置有卡孔，主体320的凸起与角度传感器31的卡孔卡接，由此角度传感器31记录细长构件1的旋转角度；连接部与角度传感器31连接。

实施例5：

参照图4，本实用新型的另一个实施例，其与实施例4的不同之处在于，包括纵向运动装置6和连接结构9，第二组传感器组件4的壳体通过连接结构9与纵向运动装置固定连接，第一组传感器组件3的壳体直接或者间接与颅骨连接，旋转驱动装置5通过滑块与纵向运动装置6滑动连接，通过控制器可以发送命令使得旋转纵向运动装置6通过滑块促使旋转驱动装置5及其所包含的细长构件1进行纵向运动，控制器还可以通过命令使得旋转驱动装置5促使从其中通过的细长构件1转动，传感器组件3的连接部还与传动套管8连接。

需要说明的是，本实用新型实施例及附图中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含的一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高精度控制细长构件旋转的装置，其特征在于，包括：

至少两组传感器组件，所述传感器组件包括角度传感器；

旋转驱动装置，所述旋转驱动装置驱动所述细长构件旋转；

控制器，所述控制器与所述传感器组件和所述旋转驱动装置通讯连接，接收所述传感器组件的角度信息，控制所述旋转驱动装置的运动，所述控制器还可以接收控制信息输入；

使用状态下，所述细长构件的远端穿过非刚性固定结构，所述角度传感器固定连接于不随所述细长构件旋转的装置或者结构。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括第一组传感器组件和第二组传感器组件。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置的使用状态下，所述细长构件从远端至近端依次穿过第一组传感器组件和第二组传感器组件，所述第一组传感器组件设置成与所述非刚性固定结构相邻并测量该近端或远端所述细长构件的旋转角度，第二组传感器组件设置在所述旋转驱动装置临近位置并测量该近端或远端所述细长构件的旋转角度。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感器组件还包括旋转定位装置，使得所述细长构件可以在测定角度的同时沿纵轴移动，使用状态下所述旋转定位装置夹紧所述细长构件，所述细长构件带动所述旋转定位装置旋转，所述角度传感器检测所述旋转定位装置的旋转角度，并发送所述旋转角度至所述控制器。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述旋转定位装置包括主体、至少一个可调动顶压器、两个轴承、第一轴和第二轴；所述主体的侧面设置有两个孔，所述主体的一端设置有凹槽，所述凹槽分别将所述两个孔分为两部分，所述凹槽的槽底设置有通孔，所述主体的一个端面设置有与可调动顶压器适配的第一孔，所述两个孔中靠近所述第一孔的一者与所述第一孔连通，所述两个轴承设置于所述凹槽内，所述第一轴穿过所述两个轴承中的一个轴承设置于所述两个孔中的一个孔内，所述第二轴穿过所述两个轴承中的另一个轴承设置于所述两个孔中的另一个孔内，所述可调动顶压器设置于所述第一孔内，所述细长构件设置于所述两个轴承之间并穿过所述槽底的通孔。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述主体的远端设置有凸起，所述凸起设置有通孔，所述凸起的通孔与所述槽底的通孔连通，所述细长构件穿过所述凸起的通孔，所述角度传感器设置有卡孔，所述凸起与所述卡孔卡接。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，拧紧所述可调动顶压器，所述两个轴承夹紧所述细长构件，所述两个轴承与所述细长构件之间的压力到达预定值。

8.如权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括套管，所述套管使得所述第一组传感器组件和所述第二组传感器组件之间的细长构件长度保持固定，允许细长构件在其中围绕长轴转动和沿长轴移动。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括纵向运动装置，所述纵向运动装置与所述旋转驱动装置滑动连接，所述旋转驱动装置可以相对所述纵向运动装置运动，所述控制器对所述纵向运动装置发送控制信息，驱动细长构件沿长轴运动。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第二组传感器组件与所述纵向运动装置固定连接。

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