一种导管导丝协同推送的介入手术机器人及其控制方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于机械制造技术领域，具体地说，涉及一种微创血管介入手术机器人，更具体地说，涉及一种导管导丝协同推送的介入手术机器人。
【背景技术】
[0002]心脑血管疾病已成为人类三大死亡病因之一，严重威胁人类健康。血管疾病的情况主要有血管肿瘤、血栓堵塞、血管畸形、血管收缩、血管硬化等。导管介入手术是现行的治疗心脑血管疾病最有效的方法，与“开放性”手术相比，它具有创伤小、安全性、术后恢复快、并发症少等优点。但是传统的血管介入手术也存在一些问题，首先导管介入手术在医学影像设备的引导下进行，医生长期受到X光的辐射，对医生的身体造成伤害;其次是手术的高危险性，对操作医生的操作技巧要求高，必须是高水平的专科医生才能执行，因此存在的困难是医生的缺乏和医生培训的时间长、代价高;再次是手术时间长，医生会因为长时间操作而疲劳，医生的生理颤抖和疲劳时的误操作都会大大降低手术的安全性。
[0003]遥操作主从微创血管介入手术机器人能够有效解决上述问题，医生可以在一个安全不受X光辐射的环境中操作手术，医生的生理颤抖和误操作都可以通过系统过滤掉，减少了医生的培训时间。近年来，遥操作主从微创血管介入手术辅助系统已成为一个研究热点。传统手术中医生直接操作手术器械，器械与人体组织的接触信息可以直接传给医生，而微创手术中医生手术中的触觉信息由于手术器械的关系大多很难得到。因此，在微创手术中，医生由于缺少了触觉信息而使得手术增加了危险，可能因操作不当或过猛损坏了病人的器官。触觉反馈在很多研究中都有涉及，但反馈方式传统的直接通过手术器械的方式相差甚远，医生的操作方式和传统的方式也大大不同，通常是直接的发送动作指令。因此，传统介入手术所积累的经验技巧得不到很好的利用，不符合人体工学的要求。
[0004]目前对于血管介入手术机器人主要有天津理工大学、哈尔滨工业大学和北京航空航天大学等。
[0005]如对比文件1:申请公布号为CN104042259A，申请日为2014年5月16日，申请人为天津理工大学，公开了名称为一种主从微创血管介入手术辅助系统从操作器装置的专利文件，它包括轴向推送单元、旋转单元、夹取单元、手术导管、操作力检测单元和倾角可调底座，其工作方法包括信号检测、传递、处理、动作。优越性在于:可以模仿医生的介入操作动作，操作精度高，有效提高手术安全性;可以保证不同的接受治疗者或者不同的介入位置均能调整到操作者所期望的角度;装置整体采用铝合金材料，尺寸小、质量轻。该发明能够很好地完成导丝的推送，并且采用磁流变液来实现力反馈，存在运动部件惯量小、反馈灵敏等优点。
[0006]对比文件2:授权公告号为CN102028549B，申请日期为2011年I月17日，申请人为哈尔滨工业大学，公开了名称为一种用于血管内微创介入手术的导管机器人系统的专利文件，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。该发明采用了可控导管，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，同时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。
[0007]对比文件3:授权公告号为CN103006327B，申请日期为2012年12月3日，申请人为北京航空航天大学，公开了名称为一种主从式遥操作血管介入手术机器人的专利文件，它包括主端操控机构、从端推进机构、PMAC控制器;主端操控机构作为医生的操作端;从端推进机构作为机器人的执行机构，在手术室内代替医生把持导管，完成导管的运动功能;PMAC控制箱用来实现主端操控机构与从端推进机构间的信息传递，从而使从端导管推进机构按照主端操控机构的运动信息进行运动，其采用主从遥操作方式辅助医生实施手术，从端推进机构实现导管的轴向进给和周向旋转运动，在手术室内代替医生把持导管，主端操控装置实现对导管推进机构的遥操作，避免医生受射线辐射。
[0008]但目前的研究普遍存在以下问题:(I)存在装拆不便的缺点；(2)在测量反馈力的过程中，测力的准确性不高；(3)导丝夹紧装置容易将对导丝夹紧过度，进而造成导丝的损伤；(4)目前只能单独推送导丝或导管，不能在手术过程中协同推送导管和导丝，使其不能完全模拟医生的操作动作，并且在一些需要导丝导管同时配合前进的部位难以操作，进而造成操作精度低、手术效率低下、对医生的辅助程度低、存在一定的安全隐患的问题。
【发明内容】
[0009]1.发明要解决的技术问题
[0010]提供了一种可以克服上述不足，从而更为安全、方便和高效，导管导丝协同推送的介入手术机器人及其控制方法。
[0011]2.技术方案
[0012]为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
[0013]—种导管导丝协同推送的介入手术机器人，包括导丝移动平台、导管移动平台、导丝操作端、支撑引导架、导管操作端、导丝、导管，所述的导丝操作端设置在导丝移动平台上，所述的导管操作端设置在导管移动平台上，所述的支撑引导架的两端分别于导丝操作端和导管操作端相连，所述的导管穿过导管操作端，所述的导丝设置在导管中，并穿过导丝操作端中。
[0014]所述的导丝移动平台由底座、滑台电机、丝杆、滑台组成，所述的底座固连在手术台上，所述的滑台电机设置在底座的末端，所述的底座的前端上设置有丝杆，所述的丝杆通过减速器与滑台电机的输出轴相连，所述的滑台上设置有螺纹孔，且与丝杆的螺纹相配合。
[0015]所述的导丝操作端由导丝操作端下部件、导丝操作端上部件和壳体组成；
[0016]所述的导丝操作端下部件由电机、电机支座、联轴器A、力矩传感器、力矩传感器支座、联轴器B、滚珠花键轴A、滚珠花键套A、滚珠花键副套筒A、下齿轮、直线轴承A、直线轴承支座A、直线轴承压盖A、左侧弹性挡圈组成，所述的电机通过螺钉固定在电机支座上，所述的电机支座固连在下壳体上，所述的联轴器A—端与电机的输出轴相连，另一端与力矩传感器的轴相连，所述的力矩传感器固定在力矩传感器支座上，所述的力矩传感器支座与下壳体固连，所述的滚珠花键轴A通过联轴器B与力矩传感器相连，所述的滚珠花键套A中装配有滚珠花键轴A，所述的滚珠花键套A装配在滚珠花键副套筒A中，所述的滚珠花键副套筒A的另一端设置有轴，并且轴通过键与下齿轮相配合，所述的直线轴承A的内圈与滚珠花键副套筒A的轴配合，其外圈通过直线轴承压盖A固定在直线轴承支座A上，所述的左侧弹性挡圈设置在滚珠花键副套筒A的轴的外侧凹槽中，所述的直线轴承支座A固连在下壳体上。
[0017]所述的导丝操作端上部件由电磁离合器、电磁离合器支座、右侧弹性挡圈、滚珠花键副套筒B、滚珠花键套B、滚珠花键轴B、联轴器C、锥面夹紧器、上齿轮、传力轴、直线轴承B、直线轴承支座B、测力板、推力轴承、锥体、滑块、滑轨、测力支座、力传感器固定架、传力钉、力传感器组成，所述的电磁离合器设置在电磁离合器支座上，所述的电磁离合器支座固连在下壳体上，所述的滚珠花键副套筒B的一端设置有轴，其轴通过键装配在电磁离合器中，所述的右侧弹性挡圈设置在滚珠花键副套筒B的轴的外侧凹槽中，所述的滚珠花键套B装配在滚珠花键副套筒B中，所述的滚珠花键轴B装配在滚珠花键套B中，所述的滚珠花键轴B的轴为空心轴，所述的联轴器C的一端与滚珠花键轴B相连，另一端与锥面夹紧器相连，所述的锥面夹紧器与上齿轮的内孔相配合，所述的传力轴与上齿轮固连，所述的传力轴通过直线轴承B设置在直线轴承支座B上，所述的传力轴沿自身轴线设有通孔，所述的测力板上端设置有U型槽，并使得传力轴穿过U型槽，所述的推力轴承压于测力板上，并设置在与直线轴承B相对的一侧，所述的锥体上设有通孔，且通孔穿过传力轴，所述的锥体在上壳体闭合时与锥面压板相配合，所述的测力板下端通过螺钉与滑块固连，所述的滑块装配在滑轨中，所述的滑轨设置在测力支座上，所述的测力支座固连在下壳体上，所述的力传感器装配在力传感器固定架中，并通过传力钉与测力板相连，所述的力传感器固定架通过螺栓固定在下壳体上，所述的上齿轮与下齿轮相啮合。
[0018]所述的壳体由下壳体、上壳体、铰链、锥面压板、直线轴承压板、电磁离合器压板组成，所述的壳体由下壳体、上壳体、铰链、锥面压板、直线轴承压板、电磁离合器压板组成，所述的下壳体通过螺栓与底座固连，所述的上壳体与下壳体通过铰链铰接，所述的锥面压板、直线轴承压板和电磁离合器压板均通过螺钉与上壳体相连，且锥面压板、直线轴承压板和电磁离合器压板的轴线在同一直线上。
[0019]所述的支撑引导架由左支架、左球铰支座、左球铰球部件、右支架、右球铰支座、右球铰球部件、伸缩杆组成，所述的左支架与下壳体固连，所述的右支架与手术台固连，所述的左支架上设置有左球铰支座，所述的右支架上设置有右球铰支座，所述的左球铰球部件装配在左球铰支座中，所述的右球铰球部件装配在右球铰支座中，所述的伸缩杆的两端分别连接左球铰球部件和右球铰球部件，所述的伸缩杆由多级直径不同的空心管串联而成。
[0020]所述的导管移动平台与导丝移动平台结构相同。
[0021