主从微创血管介入手术机器人从端及其控制方法
【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，涉及主从微创血管介入手术机器人从端及其控制方法。
【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]对比文件I: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]但目前的微创血管介入手术机器人存在以下问题:(I)在导丝的推送过程中，相关运动部件之间存在摩擦力，尤其是轴向摩擦力的存在，影响了推送力的测定；(2)对于导丝的夹紧，现有的夹持机构易出现夹紧力不足或夹紧过度，进而造成不能完全夹紧导丝，或者夹紧力过大而损毁导丝；(3)导丝的装拆复杂，不能实现快速装配与拆卸，进而造成医生的术前安装操作过于复杂，术中更换导丝效率低下的问题。
[0009]对于上述问题，目前的微创血管介入手术机器人并没有解决，或者只解决了部分问题，因此急需将上述问题解决，以提高手术操作的安全性与便捷性。
【发明内容】
[0010]1.发明要解决的技术问题
[0011]提供了一种可以克服上述不足，从而更为精确、方便和高效的主从微创血管介入手术机器人从端及其控制方法。
[0012]2.技术方案
[0013]为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
[0014]一种主从微创血管介入手术机器人从端，包括从端控制机构和从端移动平台，从端移动平台由滑台电机、螺母丝杠副、滑台、底座组成，电机与螺母丝杠副的丝杆端相连，滑台与螺母丝杠副的螺母端相连，从端控制机构的机架与滑台固连，从端控制机构由夹持驱动机构1、推力反馈机构π、无损夹持机构m、夹持控制机构IV组成，
[0015]所述的夹持驱动机构I由电机、联轴器A、滚动花键轴A、滚动花键套A、扭转套筒、齿轮、弹性挡圈A、直线轴承A组成，所述的电机通过固定架紧固于机架上，所述的联轴器A两端分别连接电机转轴与滚动花键轴A，所述的滚动花键轴A装配在滚动花键套A中，所述的扭转套筒左端为光滑轴，中端在轴肩处设置有键，右端设置有空腔，其中端通过键装配在齿轮的轴孔中，并利用弹性挡圈A进行轴向固定，其左端装配于直线轴承A中，所述的直线轴承A固定在机架上，其右端的空腔装配有滚动花键套A;
[0016]所述的推力反馈机构Π由左压板、左推力轴承、定位圈、紧锁钉、右推力轴承、右压板、羊角螺母、螺栓、弹簧、传力钉、传感器组成，所述的定位圈通过紧锁钉固定在一体化齿轮左端轴上，所述的左推力轴承和右推力轴承套于一体化齿轮左端轴上，并分别压在定位圈左右两侧，所述的左推力轴承左侧设置有左压板，所述的右推力轴承右侧设置有右压板，所述的螺栓上设有弹簧，并与羊角螺母配合使用，将左压板和右压板连接，并将其压于左推力轴承和右推力轴承两侧，所述的右压板底端设有圆孔，并通过传力钉与传感器相连；
[0017]所述的无损夹持机构m由一体化齿轮、直线轴承B、楔形锁紧块、扭转固定块、扭转轴组成，所述的一体化齿轮与齿轮相啮合，其左端轴装配在直线轴承B中，其左端轴的末端设有螺纹孔，所述的螺纹孔与紧锁钉配合固定定位圈，所述的直线轴承B固连于机架，所述的扭转固定块通过螺纹与扭转轴连接，扭转固定块与扭转轴的装配间隙中设置有楔形锁紧块，扭转固定块的左端通过卡槽固定在一体化齿轮右侧腔中，所述的扭转轴与联轴器相连；
[0018]所述的夹持控制机构IV由联轴器B、端盖、滚动花键轴B、钢珠、压簧、压簧螺钉、滚动花键套B、扭矩限制器内壳、扭矩限制器外壳、联接套筒、电磁离合器、弹性挡圈B组成，所述的滚动花键轴B—端通过联轴器B与扭转轴相连，另一端装配在滚动花键套B中，所述的钢珠、压簧、压簧螺钉、扭矩限制器内壳、扭矩限制器外壳组成转矩限制器，扭矩限制器外壳上设有通孔，通孔上半部为螺纹孔，螺纹孔中装有压簧螺钉，通孔下半部为光孔，光