CN219439402U - 一种模拟医生操作且具有力反馈控制的主端操作装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种模拟医生操作且具有力反馈控制的主端操作装置，包括底板、手指直线推送传动机构和手指捻旋传动机构，手指直线推送传动机构包括导轨、滑块、齿条和水平滑动板，导轨安装在底板上，滑块可滑动式安装在导轨上，并沿导轨做水平移动，滑块上安装有水平滑动板，手指捻旋传动机构安装于水平滑动板上，并随水平滑动板沿导轨做水平移动；力反馈电机装配在水平滑动板上，力反馈电机通过力反馈电机连接轴与力反馈电机齿轮装配在一起，力反馈电机齿轮与齿条啮合连接，并沿着齿条转动，齿条安装于底板上；本实用新型能够在不改变医生操作习惯的情况下，辅助医生完成复杂的介入手术操作，有效减少了复杂手术对医生经验的依赖程度。

Description

一种模拟医生操作且具有力反馈控制的主端操作装置

[技术领域]

本实用新型涉及医疗器械技术领域，具体地说是一种模拟医生操作且具有力反馈控制的主端操作装置。

[背景技术]

目前，血管介入手术过程需要医生穿戴沉重的铅衣等防护设备暴露在X射线下进行操作，医生通过观察造影系统拍摄的图像，在其引导下手动操作如导丝、导管、球囊支架等介入器械到达血管病变处进行诊断或治疗。由于人的血管弯曲狭窄且分支较多，并且血管壁较为脆弱，这就对医生的操作精度提出了很大的要求，需要医生十分精细的操作手法。长时间精细化的手术操作势必会造成医生的操作疲劳，容易带来手部抖动等问题，从而可能会影响到手术的效果。同时即便穿戴有防辐射的铅服，也无法保证医生不受到射线的辐射，且沉重的铅服不仅会对医生的操作精度造成影响，而且长期穿戴也会对医生的身体造成很大的负担，会对医生的身体健康造成慢性影响。

泛血管介入手术机器人越来越被关注，该机器人系统一般采用主从操作模式，由从端执行机构暴露于X射线下实施手术，医生在病房外通过远程操作主端装置的方式控制所述从端执行机构进行工作，避免了X射线辐射，同时利用机器人技术可以大幅提高手术操作的精度与稳定性。然而，现有技术中所使用的主端操作装置主要特点是采取了与医生手动操作不同的模式，如采用操纵杆代替医生手握介入器械的操作形式，并且没有力反馈，这导致医生需要进行专门训练才能进行正确操作。对于高年资医生，这意味着以往长期积累的经验会成为掌握新操作方法的障碍，导致出现误操作和手术质量下降等问题。

对于采用操纵杆形式，这与医生在血管介入手术中用手指对导丝、导管等介入器械的直线推送加捻旋的方式完全不同。一些技术虽然考虑了模拟医生操作的设计，但存在的问题是手感较差，输出的控制位移量及速度和医生期望值不一致，并且不能提供力反馈，无法做到与当前的手指操作方式一致。

因此，若能提供一种能够符合实际手术操作需求，真实模拟手术过程，精准便捷且具有力反馈的泛血管介入手术机器人主端操作装置，则是本领域技术人员亟需解决的问题。

[实用新型内容]

本实用新型的目的就是要解决上述的不足而提供一种模拟医生操作且具有力反馈控制的主端操作装置，能够在不改变医生操作习惯的情况下，辅助医生完成复杂的介入手术操作，有效减少了复杂手术对医生经验的依赖程度。

为实现上述目的设计一种模拟医生操作且具有力反馈控制的主端操作装置，包括底板1、手指直线推送传动机构2和手指捻旋传动机构3，所述手指直线推送传动机构2包括导轨201、滑块202、齿条204、水平滑动板208、力反馈电机212、力反馈电机连接轴213和力反馈电机齿轮214，所述导轨201安装在底板1上，所述滑块202可滑动式安装在导轨201上，并沿导轨201做水平移动，所述滑块202上安装有水平滑动板208，所述手指捻旋传动机构3安装于水平滑动板208上，并随水平滑动板208沿导轨201做水平移动；所述力反馈电机212装配在水平滑动板208上，所述力反馈电机212通过力反馈电机连接轴213与力反馈电机齿轮214装配在一起，所述力反馈电机齿轮214与齿条204啮合连接，并沿着齿条204转动，所述齿条204安装于底板1上。

进一步地，所述手指捻旋传动机构3包括垂直安装板301、旋转轴302和手指触发传感器303，所述垂直安装板301安装于水平滑动板208上，并随水平滑动板208沿着导轨201水平移动，所述垂直安装板301顶部安装有旋转轴302，所述手指触发传感器303安装在旋转轴302上，并随旋转轴302一起转动，从而当人手捏住传感器触发部位时，手指触发传感器303被触发，相反，手指松开触感器触发部位时，手指触发传感器303不再被触发。

进一步地，所述手指捻旋传动机构3还包括捻旋角度传感器304，所述捻旋角度传感器304安装在垂直安装板301上，并与旋转轴302连接，所述捻旋角度传感器304用于检测旋转轴302转动的角度及角速度。

进一步地，所述手指捻旋传动机构3的手指触发传感器303为压力传感器或电容感应式传感器。

进一步地，所述水平滑动板208上安装有位移传感器209，所述位移传感器209与齿轮203通过位移传感器连接轴210连接在一起，所述齿轮203啮合连接齿条204，并沿着齿条204转动，所述移传感器连接轴210在齿轮203的带动下转动，从而当手指捏住手指捻旋传动机构3进行水平推送运动时，位移传感器209便能检测出手部推送的水平位移及速度。

进一步地，所述手指直线推送传动机构2还包括弹簧安装块205、前弹簧206和后弹簧207，所述前弹簧206与后弹簧207前后对称布置，所述前弹簧206、后弹簧207的一端均连接在水平滑动板208上，所述前弹簧206和后弹簧207的另一端均连接于弹簧安装块205上，所述弹簧安装块205安装在底板1上，所述水平滑动板208通过前弹簧206和后弹簧207自动居中复位。

进一步地，所述水平滑动板208的前后方均设置有限位块211，所述限位块211安装在底板1上，所述限位块211用于限制手指直线推送传动机构2的运动行程，以防止手指直线推送传动机构2运动行程超出导轨201总长度。

进一步地，所述位移传感器209、捻旋角度传感器304、手指触发传感器303分别通过线路连接主控制器，所述位移传感器209和捻旋角度传感器304反馈的数据仅在手指触发传感器303被触发的情况下才会被反馈至主控制器，从而保证了手术的安全性和可靠性。

本实用新型同现有技术相比，具有如下优点：

(1)本实用新型适用于泛血管介入手术机器人主端操作，具有力反馈功能，可以完全再现原来直接操作导管及导丝的夹持器的情景，符合医生原有操作习惯和人体工学，保持原有手术手感，使医生可以应用已经有的经验，避免思维模式转换，无需经过长时间的训练便能熟练操作主操作台，降低了对医生的要求；

(2)本实用新型能够符合实际手术操作需求，真实模拟手术过程，精准便捷且具有力反馈，从而在不改变医生操作习惯的情况下，辅助医生完成复杂的介入手术操作，有效减少了复杂手术对医生经验的依赖程度；

(3)本实用新型整体结构简单，操作方便，便于安装，符合人体工程学设计，体积小、重量轻、便于放置与转移，值得推广应用。

[附图说明]

图1是本实用新型的立体结构示意图；

图2是本实用新型的正面结构示意图；

图3是本实用新型的背面结构示意图；

图4是本实用新型使用时的参考流程图；

图中：1、底板 2、手指直线推送传动机构 3、手指捻旋传动机构201、导轨 202、滑块 203、齿轮 204、齿条 205、弹簧安装块 206、前弹簧207、后弹簧 208、水平滑动板 209、位移传感器 210、位移传感器连接轴211、限位块 212、力反馈电机 213、力反馈电机连接轴214、力反馈电机齿轮301、垂直安装板 302、旋转轴 303、手指触发传感器 304、捻旋角度传感器。

[具体实施方式]

下面结合附图对本实用新型作以下进一步说明：

如附图1至附图3所示，本实用新型提供了一种模拟医生操作且具有力反馈控制的主端操作装置，包括底板1、手指直线推送传动机构2和手指捻旋传动机构3，手指直线推送传动机构2包括导轨 201、滑块 202、齿轮 203、齿条204、弹簧安装块 205、前弹簧 206、后弹簧 207、水平滑动板 208、位移传感器209、位移传感器连接轴 210、限位块 211、力反馈电机 212、力反馈电机连接轴213和力反馈电机齿轮214，手指捻旋传动机构3包括垂直安装板301、旋转轴302、手指触发传感器303和捻旋角度传感器304；导轨 201、齿条 204、限位块211、弹簧安装块205均装配在底板1上。

滑块202可滑动式安装在导轨201上，并沿导轨201做水平移动，滑块202上安装有水平滑动板208，手指捻旋传动机构3安装于水平滑动板208上，并随水平滑动板208沿导轨201做水平移动；力反馈电机212装配在水平滑动板208上，力反馈电机212通过力反馈电机连接轴213与力反馈电机齿轮214装配在一起，力反馈电机齿轮214与齿条204啮合连接，并沿着齿条204转动，齿条204安装于底板1上，可以通过控制力反馈电机的输出力矩大小，来控制水平滑动板208在水平运动所受到的阻力大小，即控制手部推动手指捻旋传动机构3所受到的阻力大小，从而实现手部操作的力反馈。

手指捻旋传动机构3的垂直安装板301安装在手指直线推送传动机构2的水平滑动板208上，并随水平滑动板208沿着导轨201水平移动，即，手指直线推送传动机构2与手指捻旋传动机构3构成了一个整体，可以一起沿着导轨201水平移动；垂直安装板301顶部安装有旋转轴302，手指触发传感器303安装在旋转轴302上，并随旋转轴302一起转动，手指触发传感器303可以是压力传感器或电容感应式传感器等接触式传感器；捻旋角度传感器304安装在垂直安装板301上，并与旋转轴302连接，进而可以测出旋转轴302转动的角度及角速度；当人手捏住传感器触发部位时，手指触发传感器303被触发，相反，手指松开触感器触发部位时，手指触发传感器303不再被触发，进而当手指捻旋手指触发传感器303转动时，捻旋角度传感器304可以检测到手指转动的角度及角速度。

本实用新型中，水平滑动板208上安装有位移传感器209，位移传感器209与齿轮203通过位移传感器连接轴210连接在一起，齿轮203啮合连接齿条204，并沿着齿条204转动，从而带动位移传感器连接轴210转动；当手指捏住手指捻旋传动机构3进行水平推送运动时，位移传感器209便能检测出手部推送的水平位移及速度。

前弹簧206与后弹簧207前后对称布置，前弹簧206、后弹簧207的一端均连接在水平滑动板208上，前弹簧206和后弹簧207的另一端均连接于弹簧安装块205上，弹簧安装块205安装在底板1上，水平滑动板208通过前弹簧206和后弹簧207自动居中复位，即，水平滑动板208通过前弹簧206和后弹簧207与弹簧安装块205连接在一起，利用弹簧的拉力实现水平滑动板208的自动居中复位，避免依靠手动进行复位。

水平滑动板208的前后方均设置有限位块211，限位块211安装在底板1上，限位块211用于限制手指直线推送传动机构2的运动行程，以防止手指直线推送传动机构2运动行程超出导轨201总长度，即，限位块211限制了手指直线推送传动机构2的运动行程，避免运动范围超出导轨总长，导致机构脱离导轨，起到了限位保护的作用。

本实用新型中，为了模拟原有通过手指捏住介入器械进行推送或捻旋这样的操作习惯，在使用本装置时，医生通过手指捏住手指触发传感器303，进行推送或捻旋。在手指推送过程中，当手指松开时，在弹簧拉力的作用下，手指直线推送传动机构2会迅速复位到中间位置，这样避免了手动往复运动。为了防止手指直线推送传动机构2运动行程超出导轨201总长度，限位块211起到了限位保护作用。在操作过程中，利用位移传感器209的反馈信息控制介入器械的运动位移和速度；利用捻旋角度传感器304反馈的信息控制介入器械的旋转角度和角速度；主控制器在采集到介入器械在血管内运动过程中的受到的阻力大小后，控制力反馈电机212的输出力矩，向医生传递介入器械在运动过程中的阻力大小。

此外，本实用新型位移传感器 209、捻旋角度传感器 304、手指触发传感器303分别通过线路连接主控制器，为了防止医生误触发，仅在手指触发传感器303被触发的情况下，即仅在用户手指触碰到手指触发传感器303有效位置上，位移传感器209和捻旋角度传感器304反馈的数据才会被真实反馈给主控制器，保证了手术的安全性和可靠性。

综上，本实用新型所述的主端操作装置，专门适用于介入手术机器人的主端操作，真实模拟医生现有的操作习惯，为医生提供便捷、可靠、精度高的操作方式，辅助医生完成复杂的介入手术操作，有效减少复杂手术对医生经验的依赖程度。该主端操作装置整体结构简单，方便安装，符合人体工程学设计，体积小、重量轻、便于放置与转移。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术，其使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中常规的型号，电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

本实用新型并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种模拟医生操作且具有力反馈控制的主端操作装置，其特征在于：包括底板(1)、手指直线推送传动机构(2)和手指捻旋传动机构(3)，所述手指直线推送传动机构(2)包括导轨(201)、滑块(202)、齿条(204)、水平滑动板(208)、力反馈电机(212)、力反馈电机连接轴(213)和力反馈电机齿轮(214)，所述导轨(201)安装在底板(1)上，所述滑块(202)可滑动式安装在导轨(201)上，并沿导轨(201)做水平移动，所述滑块(202)上安装有水平滑动板(208)，所述手指捻旋传动机构(3)安装于水平滑动板(208)上，并随水平滑动板(208)沿导轨(201)做水平移动；所述力反馈电机(212)装配在水平滑动板(208)上，所述力反馈电机(212)通过力反馈电机连接轴(213)与力反馈电机齿轮(214)装配在一起，所述力反馈电机齿轮(214)与齿条(204)啮合连接，并沿着齿条(204)转动，所述齿条(204)安装于底板(1)上。

2.如权利要求1所述的主端操作装置，其特征在于：所述手指捻旋传动机构(3)包括垂直安装板(301)、旋转轴(302)和手指触发传感器(303)，所述垂直安装板(301)安装于水平滑动板(208)上，并随水平滑动板(208)沿着导轨(201)水平移动，所述垂直安装板(301)顶部安装有旋转轴(302)，所述手指触发传感器(303)安装在旋转轴(302)上，并随旋转轴(302)一起转动。

3.如权利要求2所述的主端操作装置，其特征在于：所述手指捻旋传动机构(3)还包括捻旋角度传感器(304)，所述捻旋角度传感器(304)安装在垂直安装板(301)上，并与旋转轴(302)连接，所述捻旋角度传感器(304)用于检测旋转轴(302)转动的角度及角速度。

4.如权利要求3所述的主端操作装置，其特征在于：所述手指捻旋传动机构(3)的手指触发传感器(303)为压力传感器或电容感应式传感器。

5.如权利要求3所述的主端操作装置，其特征在于：所述水平滑动板(208)上安装有位移传感器(209)，所述位移传感器(209)与齿轮(203)通过位移传感器连接轴(210)连接在一起，所述齿轮(203)啮合连接齿条(204)，并沿着齿条(204)转动，所述移传感器连接轴（210）在齿轮(203)的带动下转动。

6.如权利要求5所述的主端操作装置，其特征在于：所述手指直线推送传动机构(2)还包括弹簧安装块(205)、前弹簧(206)和后弹簧(207)，所述前弹簧(206)与后弹簧(207)前后对称布置，所述前弹簧(206)、后弹簧(207)的一端均连接在水平滑动板(208)上，所述前弹簧(206)和后弹簧(207)的另一端均连接于弹簧安装块(205)上，所述弹簧安装块(205)安装在底板(1)上，所述水平滑动板(208)通过前弹簧(206)和后弹簧(207)自动居中复位。

7.如权利要求6所述的主端操作装置，其特征在于：所述水平滑动板(208)的前后方均设置有限位块(211)，所述限位块(211)安装在底板(1)上，所述限位块(211)用于限制手指直线推送传动机构(2)的运动行程，以防止手指直线推送传动机构(2)运动行程超出导轨(201)总长度。

8.如权利要求5所述的主端操作装置，其特征在于：所述位移传感器(209)、捻旋角度传感器(304)、手指触发传感器(303)分别通过线路连接主控制器，所述位移传感器(209)和捻旋角度传感器(304)反馈的数据仅在手指触发传感器(303)被触发的情况下才会被反馈至主控制器。