一种用于血管内微创介入手术的导管机器人系统的制作方法

专利名称：一种用于血管内微创介入手术的导管机器人系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种辅助血管内微创介入手术的机器人系统。
技术背景
传统的血管内微创介入手术是医生借助X射线获得的二维引导图像进行介入操 作，操纵导管、导丝到达病变的靶血管部位进行后续手术操作，是对患者进行诊断与治疗的 一种医疗手术。随着科学技术的发展与患者数量的增多，传统的介入手术逐渐暴露出一些 缺点，主要集中在以下几点(1)传统手术需要医生在手术现场，但现场手术环境较差，且 人为插管的精度与安全性难以得到保障；( 异地患者日益增多，但具有熟练插管技能的 医生数量有限，不能满足异地患者手术的需要；C3)传统的导管远端具有固定的形状，在一 定程度上增加了插管手术的难度，对医生的操作技能以及插管经验要求较高；(4)传统的 引导图像是二维影像，不直观，为医生提供的辅助参考信息有限，而且二维影像是通过X光 照射获得的，过多的X光照射会对患者及手术操作医生的身体造成一定影响。针对以上不 足，传统的手术方法及手段已经限制了微创介入手术发展，需要一种解决方案和技术方法， 改善导管的操纵能力，提高导管输送的精度，保障插管的安全性，尽量减小X光使用以降低 对患者及医生的损伤，能够将医生从手术现场解放出来，并能实现医生在控制室对异地患 者实施手术，且在控制室内医生能够获得更加直观的手术现场的信息，能够更好地辅助医 生进行手术操作。发明内容
本发明的目的是为改善用于血管内微创介入手术的导管的操纵性能，降低X光的 使用量以减少在手术现场的患者和医生的辐射损伤，并实现隔室异地介入手术，为在控制 室内的医生提供患者三维虚拟血管图像、现场导管位姿及输送力，保证手术的高效性、准确 性及安全性，进而提供一种用于血管内微创介入手术的导管机器人系统。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是本发明所述系统包括显示三维虚拟引 导图像的显示器、主手手柄和计算机主机；本发明所述系统还包括内安装有运动控制卡和 驱动器的控制柜、机械臂、导管手柄、主从介入装置、磁场发生器、可控导管和机械臂固定底 座；主从介入装置包括手柄操纵机构和导管操纵机构；显示三维虚拟引导图像的显示器、 主手手柄和计算机主机均分别设置在控制室内，内安装有运动控制卡和驱动器的控制柜、 机械臂、导管手柄、主从介入装置、磁场发生器、可控导管以及机械臂固定底座均分别设置 在手术室内，主手手柄的主手位姿信号输出端与计算机主机的主手位姿信号输入端连接， 计算机主机对主手位姿信号进行处理，处理后的主手位姿信号通过计算机主机的主手位姿 信号输出端与该控制柜内的运动控制卡的主手位姿信号输入端连接，该运动控制卡的主手 位姿信号输出端与该控制柜内的驱动器的主手位姿信号输入端连接，该驱动器的多个电机 驱动信号输出端分别与手柄操纵机构中的三个手柄操纵电机以及导管操纵机构中的两个 导管操纵电机的信号输入端连接；机械臂包括长臂、短臂和底盘；长臂的后端与短臂的上端铰接，短臂的下端与底盘铰接，底盘固定装在机械臂固定底座的上端面上，长臂的前端设 置在手术床上，手柄操纵机构和导管操纵机构由后至前设置且均固装在长臂的上端面上， 当手柄操纵机构中的前端卡爪处于闭合状态时，导管手柄中的手柄内滑套通过手柄操纵机 构中的前端卡爪夹紧在手柄操纵机构中的前端轴上；当手柄操纵机构中的后端卡爪处于 闭合状态时，导管手柄中的手柄外滑套通过手柄操纵机构中的后端卡爪夹紧在手柄操纵机 构中的后端轴上，可控导管中的牵引钢丝的一端与该手柄外滑套固接，可控导管的导管头 部段设置在导管操纵机构中的主动摩擦外轮与从动摩擦轮之间，磁场发生器设置在手术床 上，可控导管中的位姿传感器采集得到的可控导管的弯曲可控段的弯曲位姿信号通过该位 姿传感器的弯曲位姿信号输出端与主从介入装置中的第三导电滑环内圈的输入端连接，第 三导电滑环外圈的输出端与控制柜内的运动控制卡的弯曲位姿信号输入端连接，控制柜内 的运动控制卡的弯曲位姿信号输出端与计算机主机的弯曲位姿信号输入端连接，计算机主 机将弯曲位姿信号处理成虚拟图像信号，该虚拟图像信号通过计算机主机的虚拟图像信号 输出端与显示三维虚拟引导图像的显示器的信号输入端连接。
本发明的有益效果是一、本发明构建了导管机器人系统，该系统包括可控导管、 主从介入装置和三维引导图像，其降低了传统介入手术的操作难度，可实现异地或隔室手 术，保证介入手术中插管的准确性、安全性与高效性。二、本发明采用了可控导管，因其集成 有位姿传感器，可获得可控导管弯曲可控段的位姿信息，保证可控导管前端的灵活性以及 插管手术的可操纵性，辅助医生顺利实施手术，并能用电磁传感器获得导管位姿信息以代 替X光，保证了在手术过程中医生和患者的安全。三、本发明采用了主从操作方式，通过主 手手柄控制主从介入装置实现可控导管的推\拉、旋转和弯曲动作，并能获得手术室可控 导管输送力信息，保证插管的精确性与稳定性，手术医生能够在控制室进行操作，避免了在 手术现场遭受X射线辐射，为医生提供了安全保障。四、本发明采用三维虚拟引导图像，其 为医生提供3D图像辅助信息(血管各视图及内窥视图)，更加直观与形象，并将可控导管位 姿信息融入到虚拟图像上中，提供了可控导管与血管的位置关系及碰撞检测信息，为医生 提供了视觉临场感，更好地辅助医生在隔室或异地进行手术操作。


图1是本发明的导管机器人系统的总体结构示意图(图中一所示方向为前，一所 示方向为后)，图2是可控导管12的主视图(位姿传感器为一个)， 图3是可控导管12的主视图(位姿传感器为两个)， 图4是图2的F-F向剖视图， 图5是主从介入装置9的结构示意图， 图6是导管手柄8的主视剖面图， 图7是显示三维虚拟引导图像的显示器的示意图，图8是手柄操纵机构9-1的主视图(图中一所示方向为前，一所示方向为后)， 图9是图8的俯视图， 图10是图8的A-A剖面图， 图11是图8的B-B剖面图，图12是图8的a部放大图， 图13是图8的b部放大图， 图14是后端轴9-1-8的主剖视图， 图15是图14的俯视图， 图16是图15的C-C剖视图， 图17是图14的右视图， 图18是前端轴9-1-21的主剖视图， 图19是图18的俯视图， 图20是图19的D-D剖视图， 图21是图18的右视图， 图22是前端卡爪9-1-18的主视图， 图23是图22的俯视图， 图M是图23的左视图， 图25是后端卡爪9-1-14的主视图， 图沈是图25的俯视图， 图27是图沈的左视图， 图28是导管操纵机构9-2的主视图， 图四是图观的N-N剖视图， 图30是图观的M-M剖视图，图31是从动摩擦轮9-2- 与L形从动摩擦轮旋转支臂9-2-30装配在一起的俯视图， 图32是主动摩擦轮9H6与触力传感器9-2-33和放大电路板9_2_34装配在一起的主视 图，图33是主动摩擦外轮9H6-1的主视结构示意图， 图34是图33的左视剖视图， 图35是主动摩擦外轮9H6-2的主视结构示意图， 图36是图35的左视剖视图， 图37是旋转支架8的主视结构示意图， 图38是图37的俯视图，图39是工字型支撑梁9-2-12与第一连接轴9-2-11和第二连接轴9_2_17装配在一起的主 视图，图40是图39的R-R剖视图。
具体实施方式
具体实施方式
一结合图1 图8、图12、图13及图22 图27说明，本实施方式 所述系统包括显示三维虚拟引导图像的显示器2、主手手柄3和计算机主机4 ；所述系统还 包括内安装有运动控制卡和驱动器的控制柜6、机械臂7、导管手柄8、主从介入装置9、磁场 发生器10、可控导管12和机械臂固定底座14 ；主从介入装置9包括手柄操纵机构9-1和导 管操纵机构9-2 ；显示三维虚拟引导图像的显示器2、主手手柄3和计算机主机4均分别设 置在控制室11内，内安装有运动控制卡和驱动器的控制柜6、机械臂7、导管手柄8、主从介9入装置9、磁场发生器10、可控导管12以及机械臂固定底座14均分别设置在手术室5内， 主手手柄3的主手位姿信号输出端与计算机主机4的主手位姿信号输入端连接，计算机主 机4对主手位姿信号进行处理，处理后的主手位姿信号通过计算机主机4的主手位姿信号 输出端与该控制柜6内的运动控制卡的主手位姿信号输入端连接，该运动控制卡的主手位 姿信号输出端与该控制柜6内的驱动器的主手位姿信号输入端连接，该驱动器的多个电机 驱动信号输出端分别与手柄操纵机构9-1中的三个手柄操纵电机以及导管操纵机构9-2中 的两个导管操纵电机的信号输入端连接；机械臂7包括长臂7-1、短臂7-2和底盘7-3 ；长臂7-1的后端与短臂7-2的上端铰接，短臂7-2的下端与底盘7-2铰接，底盘7_2固定装在机 械臂固定底座14的上端面上，长臂7-1的前端设置在手术床13上，手柄操纵机构9-1和导 管操纵机构9-2由后至前设置且均固装在长臂7-1的上端面上，当手柄操纵机构9-1中的 前端卡爪9-1-18处于闭合状态时，导管手柄8中的手柄内滑套8-1通过手柄操纵机构9-1 中的前端卡爪9-1-18夹紧在手柄操纵机构9-1中的前端轴9-1-21上；当手柄操纵机构9-1 中的后端卡爪9-1-14处于闭合状态时，导管手柄8中的手柄外滑套8-3通过手柄操纵机构 9-1中的后端卡爪9-1-14夹紧在手柄操纵机构9-1中的后端轴9-1-8上，可控导管12中的 牵引钢丝12-6的一端与该手柄外滑套8-3固接，可控导管12的导管头部段12-1设置在导 管操纵机构9-2中的主动摩擦外轮9H6-2与从动摩擦轮9-2- 之间，磁场发生器10设 置在手术床13上，可控导管12中的位姿传感器12-4采集得到的可控导管12的弯曲可控 段12-3的弯曲位姿信号通过该位姿传感器12-4的弯曲位姿信号输出端(即两个位姿传感 器12-4的采集得到的可控导管12的弯曲可控段12-3的位姿信号)与主从介入装置9中 的第三导电滑环9-1-7内圈的输入端连接，第三导电滑环9-1-7外圈的输出端与控制柜6 内的运动控制卡的弯曲位姿信号输入端连接，控制柜6内的运动控制卡的弯曲位姿信号输 出端与计算机主机4的弯曲位姿信号输入端连接，计算机主机4将弯曲位姿信号处理成虚 拟图像信号，该虚拟图像信号通过计算机主机4的虚拟图像信号输出端与显示三维虚拟引 导图像的显示器2的信号输入端连接。主手手柄3、显示器、计算机主机4、导电滑环及磁场 发生器10均外购。
显示器显示的三维虚拟引导图像包括引导图像界面操作区2-1、三维血管模型 主视图2-2、三维血管模型左视图2-3、三维血管模型俯视图2-4、可控导管位姿显示图2-5、 血管内窥视图2-6和碰撞检测显示区2-7(见图7)。
具体实施方式
二 结合图1、图5和图6说明，本实施方式所述导管手柄8包括手 柄内滑套8-1、手柄外滑套8-3、限位螺钉8-4以及一个或两个橡胶圈8-2 ；手柄外滑套8_3 的一端为开口端，手柄外滑套8-3的另一端为封闭端，手柄外滑套8-3的封闭端上设有位姿 传感器引线穿过孔8-3-1，手柄内滑套8-1的一端设置在手柄外滑套8-3的内腔中，手柄内 滑套8-1和手柄外滑套8-3之间设置有一个或两个橡胶圈8-2，手柄外滑套8-3与手柄内 滑套8-1沿轴向滑动配合(安装橡胶圈8-2的作用是当移动手柄外滑套8-3至一定位置 时，在橡胶圈8-2与手柄外滑套8-3内壁的摩擦力的作用下，可保证手柄内滑套8-1与手柄 外滑套8-3无相对移动)，手柄内滑套8-1的内腔为牵引钢丝穿过腔8-1-1，手柄内滑套8-1 的外壁上设有轴向长槽8-1-2，手柄外滑套8-3的侧壁上与手柄内滑套8-1上的轴向长槽8-1-2相对应位置处设有限位螺纹孔，限位螺钉8-4旋入该限位螺纹孔内，且限位螺钉8-4 的顶端设置在该轴向长槽8-1-2内。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三结合图1 图4和图6说明，本实施方式所述可控导管12包括 导管头部段12-1、弯曲可控段12-3、鞘管段12-5、牵引钢丝12_6以及一个或两个位姿传感 器12-4 ；导管头部段12-1、弯曲可控段12-3和鞘管段12_5依次固接在一起形成同轴的空 腔管，导管头部段12-1的前端为封闭端(导管头部段12-1和鞘管段12-5两段有较强的抗 弯刚度，弯曲可控段12-3相对前两段抗弯刚度较小)，鞘管段12-5的后端为敞口端，该空腔 管内设置有牵引钢丝12-6，该牵引钢丝12-6的一端与导管头部段12-1的前端固接，该牵引 钢丝12-6的另一端穿过手柄内滑套8-1的牵引钢丝穿过腔8-1-1与手柄外滑套8-3的封 闭端固接，当位姿传感器12-4的数量为一个时，该位姿传感器12-4设置在导管头部段12-1 内，且该位姿传感器12-4的轴线与空腔管的轴线重合；当位姿传感器12-4的数量为两个 时，该两个位姿传感器12-4中的一个设置在导管头部段12-1内，该两个位姿传感器12-4 中的剩余一个设置在鞘管段12-5内，且该两个位姿传感器12-4的轴线与空腔管的轴线重 合；位姿传感器12-4为电磁位姿传感器，为外购件。
本实施方式中，通过手柄外滑套8-3移动拉动牵引钢丝12-6，进而拉动导管头部 段12-1，使弯曲可控段12-3弯曲，两个位姿传感器12-4均分别有五个自由度。其它与具体 实施方式二相同。
具体实施方式
四结合图1、图5及图8 图27说明，本实施方式所述手柄操纵 机构9-1包括后丝杠支撑架9-1-3、导轨9-1-4、后滑块9-1-5、滑台9_1_6、第三导电滑环 9-1-7、后端轴9-1-8、手柄操纵后端支撑架9-1-10、后端卡爪9_1_14、前端卡爪9_1_18、 前轴齿轮9-1-20、前端轴9-1-21、前端轴套9-1-22、手柄操纵前端支撑架、前端轴 端盖9-1-25、前电机齿轮9-1- 、前底板支撑架9-1- 、手柄操纵底板9-1- 、后手柄操 纵电机支撑板9-1-32、滚动螺母9-1-33、前滑块9_1_34、螺母连接件9_1_35、滑环支撑架 9-1-36、丝杠齿轮9-1-37、后电机齿轮9-1-38、电机支撑座9_1_39、下丝杠9_1_42、第一固 定插销9-1-43、第二固定插销9-1-44、前短轴9_1_45、上丝杠9_1_46、上滑块9_1_47、后短 轴9-1-48、联轴器9-1-49、前轴齿轮螺钉9-1-50、两个后端卡爪支撑架9-1-13、两个上丝杠 支撑架9-1-16、两个前端卡爪支撑架9-1-19和三个手柄操纵电机；三个手柄操纵电机分别 是第一手柄操纵电机9-1-40、第二手柄操纵电机9-1-31和第三手柄操纵电机9-1-30 ；下丝 杠9-1-42的两端转动安装在后丝杠支撑架9-1-3和前底板支撑架9-1- 上，导轨9_1_4 的两端固装在后丝杠支撑架9-1-3和前底板支撑架9-1- 上，第一手柄操纵电机9-1-40 通过电机支撑座9-1-39固定在后丝杠支撑架9-1-3上，第一手柄操纵电机9-1-40的输出 轴上固套装有后电机齿轮9-1-38，后电机齿轮9-1-38与丝杠齿轮9_1_37啮合，丝杠齿轮 9-1-37固套装在下丝杠9-1-42上，下丝杠9_1_42与滚动螺母9_1_33旋接，导轨9_1_4上 装有与其滑动连接的前滑块9-1-34和后滑块9-1-5，前滑块9-1-34和后滑块9_1_5的上 端面均与手柄操纵底板9-1- 的下端面固接，手柄操纵底板9-1- 的下端面通过螺母连 接件9-1-35与滚动螺母9-1-33固接，手柄操纵前端支撑架的下端与手柄操纵底板 9-1- 的上端面固接，第三手柄操纵电机9-1-30与手柄操纵前端支撑架9-1-M固接，第三 手柄操纵电机9-1-30的输出轴上固套装有前电机齿轮9-1-26，前电机齿轮9-1- 与前轴 齿轮9-1-20啮合，手柄操纵前端支撑架9-1-M的上端设有前端轴孔，前端轴9-1-21转动 安装在手柄操纵前端支撑架9-1-M的前端轴孔内，前轴齿轮9-1-20套装在前端轴9-1-21 上且设置在手柄操纵前端支撑架9-1-M的前方，前端轴套9-1-22套装在前端轴9-1-21上且位于前轴齿轮9-1-20和手柄操纵前端支撑架9-1-M之间，前轴齿轮9-1-20通过前端 轴套9-1-22轴向限位，前轴齿轮9-1-20通过前轴齿轮螺钉9-1-50与前端轴9_1_21周向 定位，前端轴端盖9-1-25套装在前端轴9-1-21上且位于手柄操纵前端支撑架9-1-M的 后端，前端轴端盖9-1-25与手柄操纵前端支撑架9-1-M固接，前端轴端盖9-1-25的后方 设有两个前端卡爪支撑架9-1-19，且两个前端卡爪支撑架9-1-19相对设置并均与前端轴 9-1-21连接，前短轴9-1-45固定在两个前端卡爪支撑架9-1-19中间，前端卡爪9_1_18转 动套装在前短轴9-1-45上(即前端卡爪9-1-18可绕前短轴9-1-45旋转，可实现前端卡 爪9-1-18的张开和闭合两个状态)，前端卡爪9-1-18和前端轴9-1-21相对应位置处设有 第二固定插销孔，第二固定插销9-1-44插入前端卡爪9-1-18和前端轴9-1-21上的第二固 定插销孔内(将前端卡爪9-1-18固定)，滑台9-1-6固装在手柄操纵底板9-1- 的上端 面上，滑台9-1-6的上端面上固装有两个上丝杠支撑架9-1-16，上丝杠9-1-46的两端转动 安装在两个上丝杠支撑架9-1-16上，第二手柄操纵电机9-1-31设置在第一手柄操纵电机 9-1-40与第三手柄操纵电机9-1-30之间，第二手柄操纵电机9-1-31固定在后手柄操纵电 机支撑板9-1-32上，后手柄操纵电机支撑板9-1-32的下端与手柄操纵底板9-1- 的上端 面固接，第二手柄操纵电机9-1-31的输出轴通过联轴器9-1-49与上丝杠9-1-46的一端传 动连接，上丝杠9-1-46上套装有与其旋接的上滑块9-1-47 (通过上丝杠9_1_46的转动可 实现上滑块9-1-47的前后移动)，上滑块9-1-47上固定有手柄操纵后端支撑架9_1_10， 滑环支撑架9-1-36设置在手柄操纵后端支撑架9-1-10的后端且二者固接，第三导电滑环 9-1-7的外圈与滑环支撑架9-1-36固接，手柄操纵后端支撑架9-1-10的上端设有后端轴 孔，后端轴9-1-8的一端转动安装在手柄操纵后端支撑架9-1-10的后端轴孔内，且后端轴 9-1-8与第三导电滑环9-1-7的内圈固接，两个后端卡爪支撑架9-1-13相对设置且均与后 端轴9-1-8连接，后短轴9-1-48固定在两个后端卡爪支撑架9-1-13中间，后端卡爪9_1_14 转动套装在后短轴9-1-48上(即后端卡爪9-1-14可绕后短轴9-1-48旋转，可实现后端卡 爪9-1-14张开和闭合两个状态)，后端卡爪9-1-14和后短轴9-1-48相对应位置处设有第 一固定插销孔，第一固定插销9-1-43插入后端卡爪9-1-14和后短轴9-1-48的第一固定插 销孔内(将后端卡爪9-1-14固定)。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
五结合图1、图5及观 图40说明，本实施方式所述导管操纵机 构9-2包括导管操纵底座9-2-1、后侧主动齿轮9-2-2和两个导管操纵电机，两个导管操 纵电机分别是第一导管操纵电机9-2-35和第二导管操纵电机9-2-36 ；其特征在于所述 导管操纵机构9-2还包括导电滑环支座9-2-4、后侧从动齿轮9-2-5、后侧导管操纵支撑 架9-2-6、第一导电滑环9-2-7、旋转支架9-2-8、后侧导管导向套9_2_9、前侧导管导向套 9-2-10、第一连接轴9-2-11、工字型支撑梁9-2-12、前侧导管操纵支撑架9_2_14、一级主动 齿轮9-2-15、第二连接轴9-2-17、三级从动齿轮9_2_18、主动摩擦轮轴9_2_19、锥齿轮轴 9-2-20、三级主动齿轮9-2-21、二级从动锥齿轮9_2_22、一级从动齿轮9_2_23、二级主动 锥齿轮9-2-24、主动摩擦轮9-2-26、第二导电滑环9_2_27、前侧导管操纵端盖9_2_28、从 动摩擦轮9-2-29、L形从动摩擦轮旋转支臂9-2-30、从动摩擦轮锁紧螺钉9_2_31、从动摩 擦轮锁紧螺母连接块9-2-35、两块侧板9-2-32、两对触力传感器9_2_33和两个放大电路 板9-2-34 ；所述主动摩擦轮9H6由主动摩擦内轮9H6-1和主动摩擦外轮9H6-2 构成；所述旋转支架9-2-8由旋转轴9-2-8-1和旋转板9-2-8-2组成，旋转轴9_2_8_1的一端与旋转板9-2-8-2的一侧端面的中心处固接；后侧导管操纵支撑架9-2-6和前侧导管 操纵支撑架9-2-14均固装在导管操纵底座9-2-1的上端面上，第一导管操纵电机9-2-35 设置在后侧导管操纵支撑架9-2-6和前侧导管操纵支撑架9-2-14之间，第一导管操纵电 机9-2-35与后侧导管操纵支撑架9-2-6固接，后侧导管操纵支撑架9_2_6上设有第一通 孔9-2-6-1，第一导管操纵电机9-2-35的输出轴穿过该第一通孔9_2_6_1设置在后侧导管 操纵支撑架9-2-6的外面，第一导管操纵电机9-2-35的输出轴上固套装有后侧主动齿轮 9-2-2，后侧主动齿轮9-2-2与后侧从动齿轮9-2-5啮合，后侧从动齿轮9_2_5固套装在旋 转轴9-2-8-1上，旋转轴9-2-8-1转动安装在后侧导管操纵支撑架9_2_6上，第一导电滑 环9-2-7的外环通过导电滑环支座9-2-4与后侧导管操纵支撑架9-2-6固接，第一导电滑 环9-2-7的内环固套装在旋转轴9-2-8-1上，工字型支撑梁9-2-12与旋转板9_2_8_2平行 设置，工字型支撑梁9-2-12与旋转板9-2-8-2的两侧端面上各固装有一块侧板9_2_32，由 两块侧板9-2-32、工字型支撑梁9-2-12和旋转板9_2_8_2构成四框体，第一连接轴9_2_11 的一端与工字型支撑梁9-2-12的前侧端面的中心处固接，第二连接轴9-2-17的一端与工 字型支撑梁9-2-12的后侧端面的中心处固接；第二导管操纵电机9-2-36设置在前侧导管 操纵支撑架9-2-14的前侧，第二导管操纵电机9-2-36与前侧导管操纵支撑架9_2_14固 接，前侧导管操纵支撑架9-2-14上设有第二通孔9-2-14-1，第二导管操纵电机9_2_36的 输出轴穿过该第二通孔9-2-14-1设置在前侧导管操纵支撑架9-2-14的外面，第二导管操 纵电机9-2-36的输出轴上固套装有一级主动齿轮9-2-15，一级主动齿轮9_2_15与一级 从动齿轮9-2-23啮合，一级从动齿轮9-2-23转动安装在第一连接轴9_2_11上，第一连接 轴9-2-11的另一端与前侧导管操纵端盖9-2- 转动连接，前侧导管操纵端盖9-2- 与 前侧导管操纵支撑架9-2-14固接，二级主动锥齿轮9-2-M转动套装在第一连接轴9-2-11 上，且二级主动锥齿轮9-2-M与一级从动齿轮9-2-23固接，二级主动锥齿轮9-2-M与二 级从动锥齿轮9-2-22啮合，二级从动锥齿轮9-2-22固套装在锥齿轮轴9_2_20上，锥齿 轮轴9-2-20的一端转动安装在两块侧板9-2-32中与其对应的一块上，锥齿轮轴9_2_20 的另一端转动安装在工字型支撑梁9-2-12上，三级主动齿轮9-2-21固套装在锥齿轮轴 9-2-20上，三级主动齿轮9-2-21与二级从动锥齿轮9_2_22固接，三级主动齿轮9_2_21与 三级从动齿轮9-2-18啮合，三级从动齿轮9-2-18固套装在主动摩擦轮轴9_2_19上，主动 摩擦轮轴9-2-19的两端各转动安装在两块侧板9-2-32中与其对应的一块上，主动摩擦内 轮9H6-1固套装在主动摩擦轮轴9-2-19上，主动摩擦内轮9H6-1上固装有两对触 力传感器9-2-33，主动摩擦外轮9H6-2通过两对触力传感器9_2_33与主动摩擦内轮 9-2-26-1连接，每对触力传感器9-2-33呈对角设置，两对触力传感器9_2_33与两个放大电 路板9-2-34 —一对应设置，每对触力传感器9-2-33的信号输出端与相对应的放大电路板 9-2-34信号输入端连接，该放大电路板9-2-34的放大信号输出端与第二导电滑环9_2_27 的内环信号输入端连接，主动摩擦内轮9H6-1通过两对触力传感器9-2-33将运动传递 给主动摩擦外轮9H6-2，第二导电滑环9-2-27的内环固套装在主动摩擦轮轴9_2_19上， 主动摩擦外轮9H6-2的正下方设置有从动摩擦轮9-2-29，从动摩擦轮9H9转动安装 在L形从动摩擦轮旋转支臂9-2-30的从动摩擦轮轴9-2-30-1上，L形从动摩擦轮旋转支臂 9-2-30的旋转臂9-2-30-2转动安装在第二连接轴9-2-17上，后侧导管导向套9_2_9和前 侧导管导向套9-2-10均设置在四框体内，后侧导管导向套9-2-9和前侧导管导向套9-2-1013均位于主动摩擦外轮9H6-2和从动摩擦轮9-2- 之间，后侧导管导向套9-2-9的一端 与旋转板9-2-8-2固接，前侧导管导向套9-2-10的一端与工字型支撑梁9_2_12固接，从动 摩擦轮锁紧螺母连接块9-2-35设置在四框体内并位于L形从动摩擦轮旋转支臂9-2-30的 旋转臂9-2-30-2的正下方，从动摩擦轮锁紧螺母连接块9-2-35与两块侧板9_2_32中相邻 的一块固接，从动摩擦轮锁紧螺母连接块9-2-35上沿竖直方向设有螺纹通孔9-2-35-1，从 动摩擦轮锁紧螺钉9-2-31与从动摩擦轮锁紧螺母连接块9-2-35上的螺纹通孔9_2_35_1 螺纹连接，旋转支架9-2-8、工字型支撑梁9-2-12及第一连接轴9-2-11上均分别设有同轴 的导管通过孔。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
六结合图28、图四和图38说明，本实施方式所述旋转轴9-2-8-1 的另一端外壁上加工有外螺纹，旋转轴9-2-8-1上靠近外螺纹处加工有台肩9-2-8-1-1， 后侧从动齿轮9-2-5通过与旋转轴9-2-8-1螺纹连接的齿轮锁紧螺母9-2-37以及旋转轴 9-2-8-1的台肩9-2-8-1-1的端面轴向定位。如此设置，结构简单、定位效果好。其它与具 体实施方式五相同。
具体实施方式
七结合图32 图34说明，本实施方式所述主动摩擦内轮 9-2-26-1的一侧端面上相对于中心线对称设置有两个扇形突起9H6-1-1，两个扇形 突起9H6-1-1上的每两个呈对角设置的半径端面上各加工有一个触力传感器安装孔 9-2-26-1-2,每个触力传感器安装孔9H6-1-2内安装有一个触力传感器9_2_33，每个扇 形突起9H6-1-1上加工有一个放大电路板安装孔9H6-1-3，且该放大电路板安装孔 9H6-1-3位于该扇形突起9H6-1-1上的两个触力传感器安装孔9H6-1-2的中间位 置，每个放大电路板安装孔9H6-1-3内安装有一个放大电路板9-2-34。如此设置，触力 传感器9-2-33和放大电路板9-2-34容易安装。其它与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
八结合图观说明，本实施方式所述后侧导管导向套9-2-9与前侧 导管导向套9-2-10同轴设置。如此设置，便于对可控导管12输送和旋转。其它与具体实 施方式五或七相同。
具体实施方式
九结合图31说明，本实施方式所述L形从动摩擦轮旋转支臂 9-2-30由从动摩擦轮轴9-2-30-1和旋转臂9-2-30-2构成；从动摩擦轮轴9-2-30-1的一 端与旋转臂9-2-30-2的一侧端面的端部固接。如此设置，具有结构简单、容易安装的特点。 其它与具体实施方式
五相同。
工作过程
在进行血管内微创介入手术术前，要先对患者的血管进行MR扫描，获得二维切 片，通过对其三维重建获得三维血管虚拟图像，并显示在显示器上，同时融入导管可控弯曲 段的位姿信息，为手术医生15进行插管操作提供辅助信息。在手术现场首先要通过机械臂 将可控导管后端移动至患者16的插管部位，并将机械臂固定在机械臂固定底座上，然后再 各项准备工作完成后开始介入手术。
手术医生15在控制室，在三维虚拟图像引导下，通过主手手柄控制手术室内手柄 操纵机构和导管操纵机构，进而控制可控导管和导管手柄，实现可控导管在血管内前进、后 退、旋转和弯曲，到达靶血管，进行后续手术操作。在手术过程中，三维虚拟引导图像可以提 供可控导管与血管之间的实时虚拟位置关系，丰富的视觉临场感能够辅助医生15进行手 术操作，提供。并且，主从介入装置具有力反馈功能，其将插管过程中的输送力反馈到主手手柄，提供力觉信息辅助医插管操作，保证介入过程的安全性。
四个视图(三维血管模型主视图、三维血管模型左视图、三维血管模型俯视图及 血管内窥视图)为手术医生15提供直观的3D图像，并融入可控导管可控弯曲位姿信息，提 供两者之间的实时位置关系，并检测可控导管末端与血管壁之间碰撞情况以及计算最近距 离，显示在显示器上碰撞检测显示区，为手术医生15提供实时的视觉临场感。这种三维图 像辅助，可以有效地减少现场X射线的照射量，保证了手术现场患者16和手术医生15的安 全性。
可控导管内部设有的位姿传感器用于检测、诊断，通过导管手柄的操作，可以控制 牵引钢丝动作，实现可控导管的弯曲可控段弯曲。磁场发生器产生磁场，通过可控导管内部 的位姿传感器获得位姿信息，将可控导管的位姿信息显示到三维虚拟引导图像的四个视图 上，并且通过位姿信息可以判断可控导管与血管壁是否碰撞，以及可控导管和血管壁之间 的最近距离，医生通过图像信息及碰撞信息可以直观地了解手术现场的状况，降低了插管 的复杂性，保证了插管的安全性有高效性，为手术医生15插管提供便利。
导管操纵机构放置到靠近患者16的手术部位，导管操纵机构和手柄操纵机构之 间的距离可调，这样可以保证鞘管段12-5在手术过程中始终处于伸直状态，以免由于鞘管 段的弯曲或扭转对可控导管造成损伤，以及对弯曲可控段的控制精度造成影响。通过导管 操纵机构输送可控导管，手柄操纵机构跟随可控导管向前移动；可控导管旋转时，导管操纵 机构和手柄操纵机构同时旋转，保证两机构间的鞘管段不会造成扭曲；可控导管弯曲由手 柄操纵机构动作实现。导管操纵机构可以检测可控导管的输送力大小，并传递给主手手柄， 让手术医生15能真实感觉可控导管输送力大小，进一步提高插管安全性。
可控导管的输送旋动从动摩擦轮锁紧螺钉，使其顶住L形从动摩擦轮旋转支臂 的旋转臂，进而将设置在主动摩擦外轮和从动摩擦轮之间的可控导管夹紧。然后，启动第二 导管操纵电机，通过第二导管操纵电机将运动传递给一级主动齿轮，从而带动一级从动齿 轮转动，由于一级从动齿轮和二级主动锥齿轮固接(本实施方式中二者通过螺栓固接)，则 运动传递到二级主动锥齿轮与二级从动锥齿轮，由于二级从动锥齿轮和三级主动齿轮固接 (本实施方式中二者通过螺栓固接)，则带动三级主动齿轮转动，从而带动三级从动齿轮、 主动摩擦轮轴和主动摩擦内轮转动，主动摩擦内轮通过两对触力传感器将运动传递到主动 摩擦外轮，主动摩擦外轮旋转带动可控导管前进或后退，进行推拉可控导管动作。
导管的旋转旋动从动摩擦轮锁紧螺钉，使其顶住L形从动摩擦轮旋转支臂的旋 转臂，进而将设置在主动摩擦外轮和从动摩擦轮之间的可控导管夹紧。然后，第一导管操纵 电机和第二导管操纵电机同时工作，第一导管操纵电机通过左侧主动齿轮、左侧从动齿轮 将运动传递到旋转支架上，从而带动两块侧板旋转，进而带动主动摩擦外轮、二级从动锥齿 轮旋转。同时，第二导管操纵电机带动一级主动齿轮，从而带动一级从动齿轮转动，一级从 动齿轮和二级主动锥齿轮固接(本实施方式中二者通过螺栓固接)，则运动传递到二级主 动锥齿轮，从而使二级主动锥齿轮旋转。
当二级主动锥齿轮的旋转速度与二级从动锥齿轮和旋转支架一起转动的速度相 同时，二级主动锥齿轮与二级从动锥齿轮之间无相对转动，即可实现主动摩擦外轮和从动 摩擦轮之间所夹紧的可控导管的旋转。
可控导管的同时输送和旋转根据上述所述可控导管的旋转，当二级主动锥齿轮的旋转速度与二级从动锥齿轮和旋转支架一起转动的速度不同时，二级主动锥齿轮与二级 从动锥齿轮之间有相对转动，相对转动通过二级从动锥齿轮、三级主动齿轮、主动摩擦轮 轴、三级从动齿轮和主动摩擦内轮旋转，即实现可控导管的输送。同时，二级从动锥齿轮和 旋转支架一起转动的速度可实现可控导管的旋转。
调整主动摩擦外轮与从动摩擦轮之间的间距从动摩擦轮锁紧螺母连接块的螺纹 通孔内旋有从动摩擦轮锁紧螺钉，L形从动摩擦轮旋转支臂的旋转臂与第二连接轴转动连 接，则可以实现从动摩擦轮与主动摩擦外轮之间的间距调整。因此本系统可适用于不同直 径的可控导管。当从动摩擦轮锁紧螺钉旋进并顶住L形从动摩擦轮旋转支臂的旋转臂时，则 可实现对不同直径可控导管的夹紧。
力反馈根据前述所述可控导管的输送，两对触力传感器对称布置，一对用于传送 可控导管测量力；一对用于传送与其方向相反的测量力。主动摩擦内轮和主动摩擦外轮之 间通过触力传感器进行传动。当主动摩擦内轮旋转时，触力传感器与主动摩擦外轮相接触， 将旋转运动传递到主动摩擦外轮，实现可控导管的输送动作；而当第二导管操纵电机反向 转动时，主动摩擦内轮转向相反，则可实现反方向的力反馈。
权利要求
1.一种用于血管内微创介入手术的导管机器人系统，所述系统包括显示三维虚拟引导 图像的显示器O)、主手手柄⑶和计算机主机⑷；其特征在于所述系统还包括内安装 有运动控制卡和驱动器的控制柜(6)、机械臂(7)、导管手柄(8)、主从介入装置(9)、磁场发 生器(10)、可控导管(1 和机械臂固定底座(14)；主从介入装置(9)包括手柄操纵机构 (9-1)和导管操纵机构(9-2)；显示三维虚拟引导图像的显示器O)、主手手柄C3)和计算 机主机(4)均分别设置在控制室(11)内，内安装有运动控制卡和驱动器的控制柜(6)、机 械臂(7)、导管手柄(8)、主从介入装置(9)、磁场发生器(10)、可控导管(1 以及机械臂固 定底座(14)均分别设置在手术室(5)内，主手手柄03)的主手位姿信号输出端与计算机主 机(4)的主手位姿信号输入端连接，计算机主机(4)对主手位姿信号进行处理，处理后的主 手位姿信号通过计算机主机(4)的主手位姿信号输出端与该控制柜(6)内的运动控制卡的 主手位姿信号输入端连接，该运动控制卡的主手位姿信号输出端与该控制柜(6)内的驱动 器的主手位姿信号输入端连接，该驱动器的多个电机驱动信号输出端分别与手柄操纵机构 (9-1)中的三个手柄操纵电机以及导管操纵机构(9-2)中的两个导管操纵电机的信号输入 端连接；机械臂(7)包括长臂(7-1)、短臂(7-2)和底盘(7-3)；长臂(7-1)的后端与短臂 (7-2)的上端铰接，短臂(7-2)的下端与底盘(7- 铰接，底盘(7-2)固定装在机械臂固定 底座(14)的上端面上，长臂(7-1)的前端设置在手术床(1 上，手柄操纵机构(9-1)和导 管操纵机构(9-2)由后至前设置且均固装在长臂(7-1)的上端面上，当手柄操纵机构(9-1) 中的前端卡爪(9-1-18)处于闭合状态时，导管手柄(8)中的手柄内滑套(8-1)通过手柄操 纵机构(9-1)中的前端卡爪(9-1-18)夹紧在手柄操纵机构(9-1)中的前端轴(9-1-21)上； 当手柄操纵机构(9-1)中的后端卡爪(9-1-14)处于闭合状态时，导管手柄(8)中的手柄外 滑套(8-3)通过手柄操纵机构(9-1)中的后端卡爪(9-1-14)夹紧在手柄操纵机构(9-1) 中的后端轴(9-1-8)上，可控导管(12)中的牵引钢丝(12-6)的一端与该手柄外滑套(8-3) 固接，可控导管(1 的导管头部段(12-1)设置在导管操纵机构(9-2)中的主动摩擦外轮 (9-2-26-2)与从动摩擦轮(9-2-29)之间，磁场发生器(10)设置在手术床(1 上，可控导 管(1 中的位姿传感器(12-4)采集得到的可控导管(1 的弯曲可控段(12- 的弯曲位 姿信号通过该位姿传感器(12-4)的弯曲位姿信号输出端与主从介入装置(9)中的第三导 电滑环(9-1-7)内圈的输入端连接，第三导电滑环(9-1-7)外圈的输出端与控制柜(6)内 的运动控制卡的弯曲位姿信号输入端连接，控制柜(6)内的运动控制卡的弯曲位姿信号输 出端与计算机主机(4)的弯曲位姿信号输入端连接，计算机主机(4)将弯曲位姿信号处理 成虚拟图像信号，该虚拟图像信号通过计算机主机的虚拟图像信号输出端与显示三维 虚拟引导图像的显示器O)的信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于血管内微创介入手术的导管机器人系统，其特征在 于所述导管手柄(8)包括手柄内滑套(8-1)、手柄外滑套(8-3)、限位螺钉(8-4)以及一 个或两个橡胶圈(8-2)；手柄外滑套(8-3)的一端为开口端，手柄外滑套(8-3)的另一端 为封闭端，手柄外滑套(8-3)的封闭端上设有位姿传感器引线穿过孔(8-3-1)，手柄内滑套 (8-1)的一端设置在手柄外滑套(8- 的内腔中，手柄内滑套(8-1)和手柄外滑套(8-3)之 间设置有一个或两个橡胶圈(8-2)，手柄外滑套(8- 与手柄内滑套(8-1)沿轴向滑动配 合，手柄内滑套(8-1)的内腔为牵引钢丝穿过腔(8-1-1)，手柄内滑套(8-1)的外壁上设有 轴向长槽(8-1-2)，手柄外滑套(8-3)的侧壁上与手柄内滑套(8-1)上的轴向长槽(8-1-2)相对应位置处设有限位螺纹孔，限位螺钉(8-4)旋入该限位螺纹孔内，且限位螺钉(8-4)的 顶端设置在该轴向长槽(8-1-2)内。
3.根据权利要求2所述的一种用于血管内微创介入手术的导管机器人系统，其特征在 于所述可控导管(1 包括导管头部段(12-1)、弯曲可控段(12-3)、鞘管段(12-5)、牵引 钢丝(12-6)以及一个或两个位姿传感器(12-4)；导管头部段(12-1)、弯曲可控段(12_3) 和鞘管段(12- 依次固接在一起形成同轴的空腔管，导管头部段(12-1)的前端为封闭端， 鞘管段(12-5)的后端为敞口端，该空腔管内设置有牵引钢丝(12-6)，该牵引钢丝(12-6)的 一端与导管头部段(12-1)的前端固接，该牵引钢丝(12-6)的另一端穿过手柄内滑套(8-1) 的牵引钢丝穿过腔(8-1-1)与手柄外滑套(8-3)的封闭端固接，当位姿传感器(12-4)的数 量为一个时，该位姿传感器(12-4)设置在导管头部段(12-1)内，且该位姿传感器(12-4) 的轴线与空腔管的轴线重合；当位姿传感器(12-4)的数量为两个时，该两个位姿传感器 (12-4)中的一个设置在导管头部段(12-1)内，该两个位姿传感器(12-4)中的剩余一个设 置在鞘管段(12- 内，且该两个位姿传感器(12-4)的轴线与空腔管的轴线重合；位姿传感 器(12-4)为电磁位姿传感器。
4.根据权利要求1所述的一种用于血管内微创介入手术的导管机器人系统，其特征在 于所述手柄操纵机构(9-1)包括后丝杠支撑架(9-1-3)、导轨(9-1-4)、后滑块(9-1-5)、 滑台(9-1-6)、第三导电滑环(9-1-7)、后端轴(9-1-8)、手柄操纵后端支撑架(9+10)、 后端卡爪(9-1-14)、前端卡爪(9-1-18)、前轴齿轮(9-1-20)、前端轴(9_1_21)、前端轴套 (9-1-22)、手柄操纵前端支撑架(9-1-M)、前端轴端盖(9-1-25)、前电机齿轮(9-1-26), 前底板支撑架(9-1- )、手柄操纵底板(9-1- )、后手柄操纵电机支撑板(9-1-32)、滚 动螺母(9-1-33)、前滑块(9-1-34)、螺母连接件(9-1-35)、滑环支撑架(9-1-36)、丝杠 齿轮(9-1-37)、后电机齿轮(9-1-38)、电机支撑座(9-1-39)、下丝杠(9-1-42)、第一固 定插销(9-1-43)、第二固定插销(9-1-44)、前短轴(9-1-45)、上丝杠(9-1-46)、上滑块 (9-1-47)、后短轴(9-1-48)、联轴器(9_1_49)、前轴齿轮螺钉(9_1_50)、两个后端卡爪支撑 架(9-1-13)、两个上丝杠支撑架(9-1-16)、两个前端卡爪支撑架(9-1-19)和三个手柄操纵 电机；三个手柄操纵电机分别是第一手柄操纵电机(9-1-40)、第二手柄操纵电机(9-1-31) 和第三手柄操纵电机(9-1-30)；下丝杠(9-1-42)的两端转动安装在后丝杠支撑架(9-1-3) 和前底板支撑架(9-1-28)上，导轨(9-1-4)的两端固装在后丝杠支撑架(9-1- 和前底 板支撑架(9-1-28)上，第一手柄操纵电机(9-1-40)通过电机支撑座(9-1-39)固定在 后丝杠支撑架(9-1- 上，第一手柄操纵电机(9-1-40)的输出轴上固套装有后电机齿轮 (9-1-38)，后电机齿轮(9-1-38)与丝杠齿轮(9_1_37)啮合，丝杠齿轮(9_1_37)固套装在 下丝杠(9-1-42)上，下丝杠(9-1-42)与滚动螺母(9_1_33)旋接，导轨(9_1_4)上装有与 其滑动连接的前滑块(9-1-34)和后滑块(9-1-5)，前滑块(9-1-34)和后滑块(9_1_5)的 上端面均与手柄操纵底板(9-1-29)的下端面固接，手柄操纵底板(9-1-29)的下端面通过 螺母连接件(9-1-35)与滚动螺母(9-1-33)固接，手柄操纵前端支撑架(9_1_24)的下端与 手柄操纵底板(9-1-29)的上端面固接，第三手柄操纵电机(9-1-30)与手柄操纵前端支撑 架(9-1-24)固接，第三手柄操纵电机(9-1-30)的输出轴上固套装有前电机齿轮(9-1- )， 前电机齿轮(9-1-26)与前轴齿轮(9-1-20)啮合，手柄操纵前端支撑架(9-1-24)的上端 设有前端轴孔，前端轴(9-1-21)转动安装在手柄操纵前端支撑架(9-1-24)的前端轴孔内，前轴齿轮(9-1-20)套装在前端轴(9-1-21)上且设置在手柄操纵前端支撑架(9-1-24) 的前方，前端轴套(9-1-22)套装在前端轴(9-1-21)上且位于前轴齿轮(9-1-20)和手柄 操纵前端支撑架(9-1-24)之间，前轴齿轮(9-1-20)通过前端轴套(9-1-22)轴向限位， 前轴齿轮(9-1-20)通过前轴齿轮螺钉(9-1-50)与前端轴(9-1-21)周向定位，前端轴端 盖(9-1-25)套装在前端轴(9-1-21)上且位于手柄操纵前端支撑架(9-1-24)的后端，前 端轴端盖(9-1-2 与手柄操纵前端支撑架(9-1-24)固接，前端轴端盖(9-1-2 的后方 设有两个前端卡爪支撑架(9-1-19)，且两个前端卡爪支撑架(9-1-19)相对设置并均与前 端轴(9-1-21)连接，前短轴(9-1-45)固定在两个前端卡爪支撑架(9-1-19)中间，前端卡 爪(9-1-18)转动套装在前短轴(9-1-45)上，前端卡爪(9-1-18)和前端轴(9+21)相对 应位置处设有第二固定插销孔，第二固定插销(9-1-44)插入前端卡爪(9-1-18)和前端轴 (9-1-21)上的第二固定插销孔内，滑台(9-1-6)固装在手柄操纵底板(9-1-29)的上端面 上，滑台(9-1-6)的上端面上固装有两个上丝杠支撑架(9-1-16)，上丝杠(9-1-46)的两 端转动安装在两个上丝杠支撑架(9-1-16)上，第二手柄操纵电机(9-1-31)设置在第一手 柄操纵电机(9-1-40)与第三手柄操纵电机(9-1-30)之间，第二手柄操纵电机(9-1-31) 固定在后手柄操纵电机支撑板(9-1-3 上，后手柄操纵电机支撑板(9-1-3 的下端与 手柄操纵底板(9-1-29)的上端面固接，第二手柄操纵电机(9-1-31)的输出轴通过联轴 器(9-1-49)与上丝杠(9-1-46)的一端传动连接，上丝杠(9_1_46)上套装有与其旋接的 上滑块(9-1-47)，上滑块(9-1-47)上固定有手柄操纵后端支撑架(9_1_10)，滑环支撑架 (9-1-36)设置在手柄操纵后端支撑架(9-1-10)的后端且二者固接，第三导电滑环(9-1-7) 的外圈与滑环支撑架(9-1-36)固接，手柄操纵后端支撑架(9-1-10)的上端设有后端轴孔， 后端轴(9-1-8)的一端转动安装在手柄操纵后端支撑架(9-1-10)的后端轴孔内，且后端轴 (9-1-8)与第三导电滑环(9-1-7)的内圈固接，两个后端卡爪支撑架(9-1-13)相对设置且 均与后端轴(9-1-8)连接，后短轴(9-1-48)固定在两个后端卡爪支撑架(9-1-13)中间，后 端卡爪(9-1-14)转动套装在后短轴(9-1-48)上，后端卡爪(9-1-14)和后短轴(9+48) 相对应位置处设有第一固定插销孔，第一固定插销(9-1-43)插入后端卡爪(9-1-14)和后 短轴(9-1-48)的第一固定插销孔内。
5.根据权利要求1所述的一种用于血管内微创介入手术的导管机器人系统，其特征 在于所述导管操纵机构(9-2)包括导管操纵底座(9-2-1)、后侧主动齿轮(9-2-2)和两 个导管操纵电机，两个导管操纵电机分别是第一导管操纵电机(9-2-3 和第二导管操 纵电机(9-2-36)；其特征在于所述导管操纵机构(9- 还包括导电滑环支座(9-2-4)、 后侧从动齿轮(9-2-5)、后侧导管操纵支撑架(9-2-6)、第一导电滑环(9-2-7)、旋转支架 (9-2-8)、后侧导管导向套(9-2-9)、前侧导管导向套(9-2-10)、第一连接轴(9_2_11)、工 字型支撑梁(9-2-12)、前侧导管操纵支撑架(9-2-14)、一级主动齿轮(9_2_15)、第二连接 轴(9-2-17)、三级从动齿轮(9-2-18)、主动摩擦轮轴(9_2_19)、锥齿轮轴(9_2_20)、三级 主动齿轮(9-2-21)、二级从动锥齿轮(9-2-22)、一级从动齿轮(9_2_23)、二级主动锥齿轮 (9-2- )、主动摩擦轮(9-2- )、第二导电滑环(9-2-27)、前侧导管操纵端盖(9-2- )、从 动摩擦轮(9-2-29)、L形从动摩擦轮旋转支臂(9-2-30)、从动摩擦轮锁紧螺钉(9_2_31)、 从动摩擦轮锁紧螺母连接块(9-2-35)、两块侧板(9-2-32)、两对触力传感器(9-2-3 和两 个放大电路板(9-2-34)；所述主动摩擦轮(9-2-26)由主动摩擦内轮(9_2_26_1)和主动摩擦外轮(9-2-26- 构成；所述旋转支架(9-2-8)由旋转轴(9_2_8_1)和旋转板(9_2_8_2) 组成，旋转轴(9-2-8-1)的一端与旋转板(9-2-8- 的一侧端面的中心处固接；后侧导管操 纵支撑架(9-2-6)和前侧导管操纵支撑架(9-2-14)均固装在导管操纵底座(9-2-1)的上 端面上，第一导管操纵电机(9-2-3 设置在后侧导管操纵支撑架(9-2-6)和前侧导管操纵 支撑架(9-2-14)之间，第一导管操纵电机(9-2-3 与后侧导管操纵支撑架(9-2-6)固接， 后侧导管操纵支撑架(9-2-6)上设有第一通孔(9-2-6-1)，第一导管操纵电机(9-2-35)的 输出轴穿过该第一通孔(9-2-6-1)设置在后侧导管操纵支撑架(9-2-6)的外面，第一导管 操纵电机(9-2-3 的输出轴上固套装有后侧主动齿轮(9-2-2)，后侧主动齿轮(9-2-2)与 后侧从动齿轮(9-2- 啮合，后侧从动齿轮(9-2- 固套装在旋转轴(9-2-8-1)上，旋转轴 (9-2-8-1)转动安装在后侧导管操纵支撑架(9-2-6)上，第一导电滑环(9-2-7)的外环通过 导电滑环支座(9-2-4)与后侧导管操纵支撑架(9-2-6)固接，第一导电滑环(9-2-7)的内 环固套装在旋转轴(9-2-8-1)上，工字型支撑梁(9-2-1 与旋转板(9-2-8- 平行设置， 工字型支撑梁(9-2-1 与旋转板(9-2-8-2)的两侧端面上各固装有一块侧板(9-2-32)， 由两块侧板(9-2-32)、工字型支撑梁(9-2-1 和旋转板(9-2-8- 构成四框体，第一连 接轴(9-2-11)的一端与工字型支撑梁(9-2-1 的前侧端面的中心处固接，第二连接轴 (9-2-17)的一端与工字型支撑梁(9-2-1 的后侧端面的中心处固接；第二导管操纵电 机(9-2-36)设置在前侧导管操纵支撑架(9-2-14)的前侧，第二导管操纵电机(9_2_36) 与前侧导管操纵支撑架(9-2-14)固接，前侧导管操纵支撑架(9-2-14)上设有第二通孔 (9-2-14-1)，第二导管操纵电机(9-2-36)的输出轴穿过该第二通孔(9_2_14_1)设置在前 侧导管操纵支撑架(9-2-14)的外面，第二导管操纵电机(9-2-36)的输出轴上固套装有 一级主动齿轮(9-2-15)，一级主动齿轮(9-2-1 与一级从动齿轮(9-2-2 啮合，一级从 动齿轮(9-2-23)转动安装在第一连接轴(9-2-11)上，第一连接轴(9_2_11)的另一端与 前侧导管操纵端盖(9-2-28)转动连接，前侧导管操纵端盖(9-2-28)与前侧导管操纵支撑 架(9-2-14)固接，二级主动锥齿轮(9-2-24)转动套装在第一连接轴(9_2_11)上，且二级 主动锥齿轮(9-2-24)与一级从动齿轮(9-2-2 固接，二级主动锥齿轮(9_2_24)与二级 从动锥齿轮(9-2-2 啮合，二级从动锥齿轮(9-2-2 固套装在锥齿轮轴(9-2-20)上，锥 齿轮轴(9-2-20)的一端转动安装在两块侧板(9-2-3 中与其对应的一块上，锥齿轮轴 (9-2-20)的另一端转动安装在工字型支撑梁(9-2-1 上，三级主动齿轮(9-2-21)固套装 在锥齿轮轴(9-2-20)上，三级主动齿轮(9-2-21)与二级从动锥齿轮(9-2-2 固接，三级 主动齿轮(9-2-21)与三级从动齿轮(9-2-18)啮合，三级从动齿轮(9_2_18)固套装在主 动摩擦轮轴(9-2-19)上，主动摩擦轮轴(9-2-19)的两端各转动安装在两块侧板(9_2_32) 中与其对应的一块上，主动摩擦内轮(9-2-26-1)固套装在主动摩擦轮轴(9-2-19)上，主 动摩擦内轮(9-2-26-1)上固装有两对触力传感器(9-2-33)，主动摩擦外轮(9_2_26_2)通 过两对触力传感器(9-2-3 与主动摩擦内轮(9-2-26-1)连接，每对触力传感器(9_2_33) 呈对角设置，两对触力传感器(9-2-3 与两个放大电路板(9-2-34) —一对应设置，每对 触力传感器(9-2-3 的信号输出端与相对应的放大电路板(9-2-34)信号输入端连接，该 放大电路板(9-2-34)的放大信号输出端与第二导电滑环(9-2-27)的内环信号输入端连 接，主动摩擦内轮(9-2-26-1)通过两对触力传感器(9-2-3 将运动传递给主动摩擦外轮 (9H6-2)，第二导电滑环(9-2-27)的内环固套装在主动摩擦轮轴(9_2_19)上，主动摩擦外轮(9-2-26- 的正下方设置有从动摩擦轮(9-2- )，从动摩擦轮(9-2-29)转动安装在 L形从动摩擦轮旋转支臂(9-2-30)的从动摩擦轮轴(9-2-30-1)上，L形从动摩擦轮旋转 支臂(9-2-30)的旋转臂(9-2-30-2)转动安装在第二连接轴(9_2_17)上，后侧导管导向套 (9-2-9)和前侧导管导向套(9-2-10)均设置在四框体内，后侧导管导向套(9-2-9)和前侧 导管导向套(9-2-10)均位于主动摩擦外轮(9-2-26- 和从动摩擦轮(9_2_29)之间，后侧 导管导向套(9-2-9)的一端与旋转板(9-2-8-2)固接，前侧导管导向套(9_2_10)的一端与 工字型支撑梁(9-2-1 固接，从动摩擦轮锁紧螺母连接块(9-2-3 设置在四框体内并位 于L形从动摩擦轮旋转支臂(9-2-30)的旋转臂(9-2-30-2)的正下方，从动摩擦轮锁紧螺 母连接块(9-2-3 与两块侧板(9-2-3 中相邻的一块固接，从动摩擦轮锁紧螺母连接块 (9-2-35)上沿竖直方向设有螺纹通孔(9-2-35-1)，从动摩擦轮锁紧螺钉(9_2_31)与从动 摩擦轮锁紧螺母连接块(9-2-3 上的螺纹通孔(9-2-35-1)螺纹连接，旋转支架(9_2_8)、 工字型支撑梁(9-2-1 及第一连接轴(9-2-11)上均分别设有同轴的导管通过孔。
6.根据权利要求5所述的一种用于血管内微创介入手术的导管机器人系统，其特征在 于所述旋转轴(9-2-8-1)的另一端外壁上加工有外螺纹，旋转轴(9-2-8-1)上靠近外螺纹 处加工有台肩(9-2-8-1-1)，后侧从动齿轮(9-2- 通过与旋转轴(9-2-8-1)螺纹连接的齿 轮锁紧螺母(9-2-37)以及旋转轴(9-2-8-1)的台肩(9-2-8-1-1)的端面轴向定位。
7.根据权利要求5所述的一种用于血管内微创介入手术的导管机器人系统，其特征在 于所述主动摩擦内轮(9-2-26-1)的一侧端面上相对于中心线对称设置有两个扇形突起 (9-216-1-1)，两个扇形突起(9-2-26-1-1)上的每两个呈对角设置的半径端面上各加工 有一个触力传感器安装孔(9-216-1-2)，每个触力传感器安装孔(9-2-26-1-2)内安装有 一个触力传感器(9-2-33)，每个扇形突起(9-2-26-1-1)上加工有一个放大电路板安装孔 (9H6-1-3)，且该放大电路板安装孔(9-2-26-1-3)位于该扇形突起(9-2-26-1-1)上的 两个触力传感器安装孔(9-2-26-1-2)的中间位置，每个放大电路板安装孔(9-2-26-1-3) 内安装有一个放大电路板(9-2-34)。
8.根据权利要求5或7所述的一种用于血管内微创介入手术的导管机器人系统，其特 征在于所述后侧导管导向套(9-2-9)与前侧导管导向套(9-2-10)同轴设置。
9.根据权利要求5所述的一种用于血管内微创介入手术的导管机器人系统，其特 征在于所述L形从动摩擦轮旋转支臂(9-2-30)由从动摩擦轮轴(9-2-30-1)和旋转臂 (9-2-30-2)构成；从动摩擦轮轴(9-2-30-1)的一端与旋转臂(9-2-30- 的一侧端面的端 部固接。
全文摘要
一种用于血管内微创介入手术的导管机器人系统，它涉及一种辅助血管内微创介入手术的机器人系统。为降低手术现场患者和医生的辐射危害，实现隔室异地介入手术，反馈导管输送力。主手手柄及计算机主机置于控制室内，控制柜、导管手柄、主从介入装置、磁场发生器及可控导管置于手术室内，主手手柄位姿信号经计算机主机处理后传递给控制柜，控制柜内有运动控制卡和驱动器，运动控制卡接收命令发送指令到驱动器，驱动器将控制信号传递给主从介入装置的各个电机，进而控制介入装置实现可控导管的推/拉、旋转和弯曲操作，位姿传感器采集到可控弯曲段的位姿信息，位姿信号经运动控制卡传给计算机主机进行信号处理。本发明用于血管内微创介入手术中。
文档编号A61B19/00GK102028549SQ20111000937
公开日2011年4月27日 申请日期2011年1月17日 优先权日2011年1月17日
发明者付宜利, 刘浩, 李凯, 梁兆光, 王树国, 高安柱 申请人:哈尔滨工业大学