一种主从介入手术机器人从端操作装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种主从介入手术机器人从端操作装置，属于机械制造技术领域。它包括移动平台、壳体、本体、伸缩机构、锁止切换机构、导丝，所述的壳体安装在移动平台的底座上，所述的本体装配在壳体中，所述的伸缩机构一端与壳体固连，另一端与手术台固连，所述的锁止切换机构数目为2个，分别设置在壳体与伸缩机构的外侧。本实用新型通过优化设计了从端本体、伸缩机构、锁止切换机构，解决了导丝推送弯曲、推送力不易测量、装拆不便、导丝夹紧放松切换时不可控等问题，具有结构合理、加工制造简单、控制方便的优点。
【专利说明】
一种主从介入手术机器人从端操作装置
技术领域
[0001]本实用新型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操作装置。
【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]现有的介入手术机器人从端操作机构存在以下问题:(I)在导丝的推送过程中，导丝夹紧的位置与患者血管入口的距离随着导丝推送和回撤的变化而改变，由于导丝的刚度有限，容易导致导丝弯曲过度的情况出现，不仅造成导丝推送困难，导丝的推动力不易测量，而且容易出现误操作，造成医疗事故的发生。(2)在导丝推送或回撤到达靠近患者端或远离患者端的极限位置，而需要改变导丝的夹持位置时，由于在变换导丝夹紧位置的过程中，导丝轴向处于自由状态，且由于夹持装置与导丝之间摩擦力的存在，极易将位于患者血管内导丝从血管中抽出，或将导丝继续往前推送一段距离，对于这种导丝被动从血管中抽出，造成到达一定位置的导丝出现偏离，从而使得医生需要重新操作，提高了难度，降低了手术效率;而对于导丝在改变夹持位置时，被动继续向前推送一端距离，由于这种推送存在随机性、不可控性，极易导致血管创伤，进而造成医疗事故的发生。(3)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，同时测力机构设计不合理，影响测力的准确性。(4)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.实用新型要解决的技术问题
[0011]提供了一种可以克服上述不足，从而更为安全、方便和高效的主从介入手术机器人从端操作装置及其控制方法。
[0012]2.技术方案
[0013]为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。
[0014]—种主从介入手术机器人从端操作装置，包括移动平台、壳体、本体、伸缩机构、锁止切换机构、导丝，所述的壳体安装在移动平台的底座上，所述的本体装配在壳体中，所述的伸缩机构一端与壳体固连，另一端与手术台固连，所述的锁止切换机构数目为2个，分别设置在壳体与伸缩机构的外侧，所述的导丝在手术进给方向上依次穿过锁止切换机构、壳体、本体、伸缩机构和锁止切换机构，
[0015]所述的移动平台由底座、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；
[0016]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；
[0017]所述的本体包括本体下部件和本体上部件，
[0018]所述的本体下部件由电机、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；
[0019]所述的本体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、锥面导丝夹紧器、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，所述的联轴器C的一端与滚珠花键轴B相连，另一端与锥面导丝夹紧器相连，所述的锥面导丝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；
[0020]所述的伸缩机构由左支架、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；
[0021]所述的锁止切换机构由底板、左侧板、右侧板、上侧板、软管、压板、电磁铁组成，所述的底板与手术台固连，所述的左侧板和右侧板通过螺栓固定在底板上，所述的上侧板一端固定在左侧板上，另一端固定在右侧板上，所述的电磁铁位于左侧板和右侧板之间，且其底部与底板固连，所述的电磁铁的推杆上设置有压板，所述的上侧板下端设置有通孔，通孔中设置有软管，所述的软管中穿过导丝。
[0022]所述的锥面压板的一侧为圆弧锥面，并在锥面内设置有可滚动的钢珠。
[0023]所述的电磁离合器接电时内外圈分离，断电时内外圈接合。
[0024]所述的滚珠花键轴B的轴为空心轴。
[0025]所述的传力轴沿其自身轴线设有通孔。
[0026]所述的力传感器为拉力传感器。
[0027]所述的伸缩杆由多级直径不同的空心管串联而成。
[0028]—种主从介入手术机器人从端操作装置的控制方法，包括以下控制步骤:
[0029](I)导丝的装拆:
[0030]导丝的安装:打开上壳体，将装配在一起的电磁离合器、滚珠花键副套筒B、滚珠花键套B、滚珠花键轴B、联轴器C、锥面导丝夹紧器、上齿轮、传力轴、直线轴承B从下壳体中取出，将导丝头部依次穿过软管、伸缩杆、滚珠花键副套筒B、滚珠花键套B、滚珠花键轴B、联轴器C、锥面导丝夹紧器、上齿轮、传力轴和软管，然后放回至下壳体中，关闭上壳体，使得上壳体上的锥面压板、直线轴承压板和电磁离合器压板分别压于锥体、直线轴承B和电磁离合器上，对其进行径向固定；
[0031]导丝的拆卸:导丝拆卸的步骤与导丝安装的步骤相反；
[0032](2)导丝的夹紧与放松:
[0033]导丝的夹紧:电磁离合器断电，其内外圈接合，使得锥面导丝夹紧器的一端固定，电机通电，通过联轴器A、力矩传感器、联轴器B、滚珠花键轴A、滚珠花键套A、滚珠花键副套筒A，带动下齿轮旋转，从而带动上齿轮，使得锥面导丝夹紧器的另一端随着上齿轮的转动而转动，进而夹紧导丝；
[0034]导丝的放松:导丝的放松控制与导丝夹紧的控制步骤相反，先将电磁离合器断电，再使电机通电反转；
[0035](3)导丝的转动控制:
[0036]导丝处于夹紧状态时，电磁离合器通电，使得锥面导丝夹紧器的一端处于自由状态，电机通电，并根据具体的控制信号，带动上齿轮和锥面导丝夹紧器转动，从而使得导丝转动一定的角度；
[0037](4)导丝的推送/回撤控制:
[0038]靠近患者端的锁止切换机构开始工作，电磁铁断电，使得压板向下运动，放松软管，使得导丝前端处于自由状态，随后远离患者端的锁止切换机构开始工作，电磁铁断电，使得压板向下运动，放松软管，使得导丝后端处于自由状态；
[0039]滑台电机通电开始工作，根据具体的前进/回撤信号，使得滑台电机正转或反转，使得滑台前进或后退，带动本体前进或后退，从而使得导丝实现推送或回撤；
[0040]当滑台运动到底座靠近患者端的极限位置，且需要继续向前推送导丝时，滑台电机停止转动，使得导丝停止推送;靠近患者端的锁止切换机构切换工作状态，电磁铁通电，使得压板向上运动，挤压软管，使得导丝前端处于制动状态；与此同时，远离患者端的锁止切换机构使得电磁铁保持断电状态;并且利用步骤(2)中导丝放松的控制方法，放松导丝；此时滑台电机通电反向转动，带动滑台后退，此时导丝固定，底座运动到远离患者端的极限位置;再利用步骤(2)中导丝夹紧的控制方法，夹紧导丝;此后靠近患者端的锁止切换机构切换工作状态，电磁铁断电，使得压板向下运动，放松软管，而远离患者端的锁止切换机构继续保持原有断电的工作状态;最后滑台电机通电，根据具体的信号，实现正反转，从而带动导丝再次实现推送或回撤；
[0041]当滑台运动到底座远离患者端的极限位置，且需要继续将导丝从患者体内抽出时，滑台电机停止转动，使得导丝停止推送;远离患者端的锁止切换机构切换工作状态，电磁铁通电，使得压板向上运动，挤压软管，使得导丝后端处于制动状态;与此同时，靠近患者端的锁止切换机构使得电磁铁保持断电状态;并且利用步骤(2)中导丝放松的控制方法，放松导丝;此时滑台电机通电正向转动，带动滑台前进，此时导丝固定，底座运动到靠近患者端的极限位置;再利用步骤(2)中导丝夹紧的控制方法，夹紧导丝;此后远离患者端的锁止切换机构切换工作状态，电磁铁断电，使得压板向下运动，放松软管，而靠近患者端的锁止切换机构继续保持原有断电的工作状态;最后滑台电机通电，根据控制信号，实现反转，从而带动导丝继续从患者体内抽出；
[0042](5)导丝的联动控制:
[0043]当导丝需要实现完整的手术操作动作时，交替实施步骤(2)、(3)、(4)，实现联动控制，来完成手术。
[0044]3.有益效果
[0045]与现有技术相比，本实用新型有以下显著优点:
[0046](I)针对导丝刚度问题，本实用新型通过在导丝夹持点与患者血管入口之间设置伸缩机构，利用伸缩杆可随夹持点的移动而伸缩，为导丝提供支撑和约束，避免弯曲过度的情况出现，从而解决了因导丝弯曲而造成的导丝推送困难、导丝的推动力不易测量、容易误操作、造成医疗事故发生的问题。同时在伸缩杆与支架的连接处采用球铰连接，使得其能够任意转动，而不影响导丝的操作。
[0047](2)针对导丝夹紧放松切换时不可控的问题，本实用新型在患者血管入口处和导丝的末端设置锁止切换机构，利用电磁铁的运动状态，完成导丝的夹持与放松，使得导丝在切换夹持位置时，其在轴向处于约束状态，进而防止导丝出现运动不可控的情况出现，避免了这种推送的随机性和不可控性，解决了导丝的不可控推送导致的血管创伤，进而造成医疗事故发生的问题。同时利用电磁铁的通断电来完成软管的压缩与释放，进而完成对导丝的夹紧与放松，电磁铁的响应速度快，控制方便，且软管可经过术前消毒，术后更换，增加了手术安全性。
[0048](3)针对测量推送力问题，本实用新型设计了合理的测力结构，通过利用传力轴、测力板、推力轴承、锥体来完成轴向力的传递，而锥面压板可以和锥体快速的配合，并起到锁定锥体的作用，其利用压紧锁止式结构，便于快速安装和拆卸；同时在测力板的下端设置滑块和滑轨，不仅起到了支撑作用，而且减小了轴向摩擦力，同时减小了对传感器测量头的径向力作用，提高了测量精度，增加了传感器的使用寿命。
[0049](4)针对快速装拆问题，本实用新型通过利用下壳体和上壳体快速开合来完成夹持部件的径向和轴向固定，在上壳体闭合后，上壳体上的锥面压板、直线轴承压板和电磁离合器压板分别压于锥体、直线轴承和电磁离合器上，对整个夹持部件起到了定位的作用。同时锥面压板上的锥面内设置有可滚动的钢珠，在与锥体配合时，不仅可以起到径向固定，防止径向窜动，同时其可以实现导丝回撤方向的单向固定，在导丝前进方向上是自由状态，并可以通过传感器来测量推送力。
[0050](5)本实用新型结构合理、加工制造简单、控制方便。
【附图说明】
[0051 ]图1为本实用新型装置的轴测图；
[0052]图2为本实用新型装置的反向轴测图；
[0053]图3为图1中部件I的结构图；
[0054]图4为图1中部件2的结构图；
[0055]图5为图1中部件3的结构图；
[0056]图6为图2中部件3A的结构图；
[0057]图7为图2中部件3B的结构图；
[0058]图8为图1中部件4的结构图；
[0059]图9为图1中部件5的结构图。
[0060]附图中:I一移动平台，2—壳体，3—本体，4一伸缩机构，5—锁止切换机构，6—导丝，1-1一底座，1-2—滑台电机，1-3—丝杆，1-4一滑台，2-1—下壳体，2_2—上壳体，2-3—铰链，2-4—锥面压板，2-5—直线轴承压板，2-6—电磁离合器压板，3A—本体下部件，3_1 —电机，3-2—电机支座，3-3—联轴器A，3-4—力矩传感器，3_5—力矩传感器支座，3_6—联轴器B，3-7—滚珠花键轴A，3-8—滚珠花键套A，3_9—滚珠花键副套筒A，3_10—下齿轮，3-11一直线轴承A，3-12—直线轴承支座A，3-13—直线轴承压盖A，3_14—左侧弹性挡圈，3B—本体上部件，3_15—电磁尚合器，3_16—电磁尚合器支座，3-17一右侧弹性挡圈，3-18一滚珠花键副套筒B，3-19—滚珠花键套B，3-20—滚珠花键轴B，3_21 —联轴器C，3_22—锥面导丝夹紧器，3-23—上齿轮，3-24—传力轴，3-25—直线轴承B，3_26—直线轴承支座B，3-27—测力板，3-28—推力轴承，3-29—锥体，3-30—滑块，3-31—滑轨，3-32—测力支座，3-33—力传感器固定架，3-34—传力钉，3-35—力传感器，4-1 一左支架，4_2—左球铰支座，4_3—左球铰球部件，4-4 一右支架，4-5—右球铰支座，4-6—右球铰球部件，4-7—伸缩杆，5_1 —底板，5-2一左侧板，5-3一右侧板，5-4一上侧板，5-5一软管，5-6一压板，5-7一电磁铁。
【具体实施方式】
[0061 ]以下结合说明书附图，对本实用新型作进一步描述。
[0062]如图1?9所示，一种主从介入手术机器人从端操作装置，包括移动平台1、壳体2、本体3、伸缩机构4、锁止切换机构5、导丝6，所述的壳体2安装在移动平台I的底座1-1上，所述的本体3装配在壳体2中，所述的伸缩机构4一端与壳体2固连，另一端与手术台固连，所述的锁止切换机构5数目为2个，分别设置在壳体2与伸缩机构4的外侧，所述的导丝6在手术进给方向上依次穿过锁止切换机构5、壳体2、本体3、伸缩机构4和锁止切换机构5，
[0063]所述的移动平台I由底座1-1、滑台电机1-2、丝杆1-3、滑台1-4组成，所述的底座1-1固连在手术台上，所述的滑台电机1-2设置在底座1-1的末端，所述的底座1-1的前端上设置有丝杆1-3，所述的丝杆1-3通过减速器与滑台电机1-2的输出轴相连，所述的滑台1-4上设置有螺纹孔，且与丝杆1-3的螺纹相配合；
[0064]所述的壳体2由下壳体2-1、上壳体2-2、铰链2-3、锥面压板2-4、直线轴承压板2-5、电磁离合器压板2-6组成，所述的下壳体2-1通过螺栓与底座1-1固连，所述的上壳体2-2与下壳体2-1通过铰链2-3铰接，所述的锥面压板2-4、直线轴承压板2-5和电磁离合器压板2-6均通过螺钉与上壳体2-2相连，且锥面压板2-4、直线轴承压板2-5和电磁离合器压板2-6的轴线在同一直线上；
[0065]所述的本体3包括本体下部件3A和本体上部件3B，
[0066]所述的本体下部件3A由电机3-1、电机支座3-2、联轴器A3-3、力矩传感器3-4、力矩传感器支座3-5、联轴器B3-6、滚珠花键轴A3-7、滚珠花键套A3-8、滚珠花键副套筒A3-9、下齿轮3-10、直线轴承A3-11、直线轴承支座A3-12、直线轴承压盖A3-13、左侧弹性挡圈3-14组成，所述的电机3-1通过螺钉固定在电机支座3-2上，所述的电机支座3-2固连在下壳体2-1上，所述的联轴器A3-3—端与电机3-1的输出轴相连，另一端与力矩传感器3-4的轴相连，所述的力矩传感器3-4固定在力矩传感器支座3-5上，所述的力矩传感器支座3-5与下壳体2-1固连，所述的滚珠花键轴A3-7通过联轴器B3-6与力矩传感器3-4相连，所述的滚珠花键套A3-8中装配有滚珠花键轴A3-7，所述的滚珠花键套A3-8装配在滚珠花键副套筒A3-9中，所述的滚珠花键副套筒A3-9的另一端设置有轴，并且轴通过键与下齿轮3-10相配合，所述的直线轴承A3-11的内圈与滚珠花键副套筒A3-9的轴配合，其外圈通过直线轴承压盖A3-13固定在直线轴承支座A3-12上，所述的左侧弹性挡圈3-14设置在滚珠花键副套筒A3-9的轴的外侧凹槽中，所述的直线轴承支座A3-12固连在下壳体2-1上；
[0067]所述的本体上部件3B由电磁离合器3-15、电磁离合器支座3-16、右侧弹性挡圈3-17、滚珠花键副套筒B3-18、滚珠花键套B3-19、滚珠花键轴B3-20、联轴器C3-21、锥面导丝夹紧器3-22、上齿轮3-23、传力轴3-24、直线轴承B3-25、直线轴承支座B3-26、测力板3-27、推力轴承3-28、锥体3-29、滑块3-30、滑轨3-31、测力支座3-32、力传感器固定架3-33、传力钉
3-34、力传感器3-35组成，所述的电磁离合器3-15设置在电磁离合器支座3-16上，所述的电磁离合器支座3-16固连在下壳体2-1上，所述的滚珠花键副套筒B3-18的一端设置有轴，其轴通过键装配在电磁离合器3-15中，所述的右侧弹性挡圈3-17设置在滚珠花键副套筒B3-18的轴的外侧凹槽中，所述的滚珠花键套B3-19装配在滚珠花键副套筒B3-18中，所述的滚珠花键轴B3-20装配在滚珠花键套B3-19中，所述的联轴器C3-21的一端与滚珠花键轴B3-20相连，另一端与锥面导丝夹紧器3-22相连，所述的锥面导丝夹紧器3-22与上齿轮3-23的内孔相配合，所述的传力轴3-24与上齿轮3-23固连，所述的传力轴3-24通过直线轴承B3-25设置在直线轴承支座B3-26上，所述的测力板3-27上端设置有U型槽，并使得传力轴3-24穿过U型槽，所述的推力轴承3-28压于测力板3-27上，并设置在与直线轴承B3-25相对的一侧，所述的锥体3-29上设有通孔，且通孔穿过传力轴3-24，所述的锥体3-29在上壳体2-2闭合时与锥面压板2-4相配合，所述的测力板3-27下端通过螺钉与滑块3-30固连，所述的滑块3-30装配在滑轨3-31中，所述的滑轨3-31设置在测力支座3-32上，所述的测力支座3-32固连在下壳体2-1上，所述的力传感器3-35装配在力传感器固定架3-33中，并通过传力钉3-34与测力板3-27相连，所述的力传感器固定架3-33通过螺栓固定在下壳体2-1上，所述的上齿轮3-23与下齿轮3-10相啮合；
[0068]所述的伸缩机构4由左支架4-1、左球铰支座4-2、左球铰球部件4_3、右支架4_4、右球铰支座4-5、右球铰球部件4-6、伸缩杆4-7组成，所述的左支架4-1与下壳体2_1固连，所述的右支架4-4与手术台固连，所述的左支架4-1上设置有左球铰支座4-2，所述的右支架4-4上设置有右球铰支座4-5，所述的左球铰球部件4-3装配在左球铰支座4-2中，所述的右球铰球部件4-6装配在右球铰支座4-5中，所述的伸缩杆4-7的两端分别连接左球铰球部件4-3和右球铰球部件4-6;
[0069]所述的锁止切换机构5由底板5-1、左侧板5-2、右侧板5-3、上侧板5-4、软管5-5、压板5-6、电磁铁5-7组成，所述的底板5-1与手术台固连，所述的左侧板5-2和右侧板5-3通过螺栓固定在底板5-1上，所述的上侧板5-4—端固定在左侧板5-2上，另一端固定在右侧板5-3上，所述的电磁铁5-7位于左侧板5-2和右侧板5-3之间，且其底部与底板5-1固连，所述的电磁铁5-7的推杆上设置有压板5-6，所述的上侧板5-4下端设置有通孔，通孔中设置有软管5-5，所述的软管5-5中穿过导丝6。
[0070]所述的锥面压板2-4的一侧为圆弧锥面，并在锥面内设置有可滚动的钢珠。
[0071]所述的电磁离合器3-15接电时内外圈分离，断电时内外圈接合。
[0072]所述的滚珠花键轴B3-20的轴为空心轴。
[0073]所述的传力轴3-24沿其自身轴线设有通孔。
[0074]所述的力传感器3-35为拉力传感器。
[0075]所述的伸缩杆4-7由多级直径不同的空心管串联而成。
[0076]—种主从介入手术机器人从端操作装置的控制方法，包括以下控制步骤:
[0077](I)导丝的装拆:
[0078]导丝的安装:打开上壳体2-2，将装配在一起的电磁离合器3-15、滚珠花键副套筒B3-18、滚珠花键套B3-19、滚珠花键轴B3-20、联轴器C3-21、锥面导丝夹紧器3_22、上齿轮3-23、传力轴3-24、直线轴承B3-25从下壳体2-1中取出，将导丝头部依次穿过软管5-5、伸缩杆
4-7、滚珠花键副套筒B3-18、滚珠花键套B3-19、滚珠花键轴B3-20、联轴器C3-21、锥面导丝夹紧器3-22、上齿轮3-23、传力轴3-24和软管5-5，然后放回至下壳体2-1中，关闭上壳体2-2，使得上壳体2-2上的锥面压板2-4、直线轴承压板2-5和电磁离合器压板2-6分别压于锥体3-29、直线轴承B3-25和电磁离合器3-15上，对其进行径向固定；
[0079]导丝的拆卸:导丝拆卸的步骤与导丝安装的步骤相反；
[0080](2)导丝的夹紧与放松:
[0081]导丝的夹紧:电磁离合器3-15断电，其内外圈接合，使得锥面导丝夹紧器3-22的一端固定，电机3-1通电，通过联轴器A3-3、力矩传感器3-4、联轴器B3-6、滚珠花键轴A3-7、滚珠花键套A3-8、滚珠花键副套筒A3-9，带动下齿轮3-10旋转，从而带动上齿轮3-23，使得锥面导丝夹紧器3-22的另一端随着上齿轮3-23的转动而转动，进而夹紧导丝；
[0082]导丝的放松:导丝的放松控制与导丝夹紧的控制步骤相反，先将电磁离合器3-15断电，再使电机3-1通电反转；
[0083](3)导丝的转动控制:
[0084]导丝处于夹紧状态时，电磁离合器3-15通电，使得锥面导丝夹紧器3-22的一端处于自由状态，电机3-1通电，并根据具体的控制信号，带动上齿轮3-23和锥面导丝夹紧器3-22转动，从而使得导丝转动一定的角度；
[0085](4)导丝的推送/回撤控制:
[0086]靠近患者端的锁止切换机构5开始工作，电磁铁5-7断电，使得压板5-6向下运动，放松软管5-5，使得导丝前端处于自由状态，随后远离患者端的锁止切换机构5开始工作，电磁铁5-7断电，使得压板5-6向下运动，放松软管5-5，使得导丝后端处于自由状态；
[0087]滑台电机1-2通电开始工作，根据具体的前进/回撤信号，使得滑台电机1-2正转或反转，使得滑台1-4前进或后退，带动本体3前进或后退，从而使得导丝实现推送或回撤；
[0088]当滑台1-4运动到底座1-1靠近患者端的极限位置，且需要继续向前推送导丝时，滑台电机1-2停止转动，使得导丝停止推送;靠近患者端的锁止切换机构5切换工作状态，电磁铁5-7通电，使得压板5-6向上运动，挤压软管5-5，使得导丝前端处于制动状态；与此同时，远离患者端的锁止切换机构5使得电磁铁5-7保持断电状态;并且利用步骤(2)中导丝放松的控制方法，放松导丝;此时滑台电机1-2通电反向转动，带动滑台1-4后退，此时导丝固定，底座1-1运动到远离患者端的极限位置;再利用步骤(2)中导丝夹紧的控制方法，夹紧导丝;此后靠近患者端的锁止切换机构5切换工作状态，电磁铁5-7断电，使得压板5-6向下运动，放松软管5-5，而远离患者端的锁止切换机构5继续保持原有断电的工作状态;最后滑台电机1-2通电，根据具体的信号，实现正反转，从而带动导丝再次实现推送或回撤；
[0089]当滑台1-4运动到底座1-1远离患者端的极限位置，且需要继续将导丝从患者体内抽出时，滑台电机1-2停止转动，使得导丝停止推送;远离患者端的锁止切换机构5切换工作状态，电磁铁5-7通电，使得压板5-6向上运动，挤压软管5-5，使得导丝后端处于制动状态；与此同时，靠近患者端的锁止切换机构5使得电磁铁5-7保持断电状态;并且利用步骤(2)中导丝放松的控制方法，放松导丝;此时滑台电机1-2通电正向转动，带动滑台1-4前进，此时导丝固定，底座1-1运动到靠近患者端的极限位置;再利用步骤(2)中导丝夹紧的控制方法，夹紧导丝;此后远离患者端的锁止切换机构5切换工作状态，电磁铁5-7断电，使得压板5-6向下运动，放松软管5-5，而靠近患者端的锁止切换机构5继续保持原有断电的工作状态;最后滑台电机1-2通电，根据控制信号，实现反转，从而带动导丝继续从患者体内抽出；
[0090](5)导丝的联动控制:
[0091]当导丝需要实现完整的手术操作动作时，交替实施步骤(2)、(3)、(4)，实现联动控制，来完成手术。
【主权项】
1.一种主从介入手术机器人从端操作装置，其特征在于，包括移动平台(I)、壳体(2)、本体(3)、伸缩机构(4)、锁止切换机构(5)、导丝(6)，所述的壳体(2)安装在移动平台(I)的底座(1-1)上，所述的本体(3)装配在壳体(2)中，所述的伸缩机构(4)一端与壳体(2)固连，另一端与手术台固连，所述的锁止切换机构(5)数目为2个，分别设置在壳体(2)与伸缩机构(4)的外侧，所述的导丝(6)在手术进给方向上依次穿过锁止切换机构(5)、壳体(2)、本体(3)、伸缩机构(4)和锁止切换机构(5)， 所述的移动平台(I)由底座(1-1)、滑台电机(1-2)、丝杆(1-3)、滑台(1-4)组成，所述的底座(1-1)固连在手术台上，所述的滑台电机(1-2)设置在底座(1-1)的末端，所述的底座(1-1)的前端上设置有丝杆(1-3)，所述的丝杆(1-3)通过减速器与滑台电机(1-2)的输出轴相连，所述的滑台(1-4)上设置有螺纹孔，且与丝杆(1-3)的螺纹相配合； 所述的壳体(2)由下壳体(2-1)、上壳体(2-2)、铰链(2-3)、锥面压板(2-4)、直线轴承压板(2-5)、电磁离合器压板(2-6)组成，所述的下壳体(2-1)通过螺栓与底座(1-1)固连，所述的上壳体(2-2)与下壳体(2-1)通过铰链(2-3)铰接，所述的锥面压板(2-4)、直线轴承压板(2-5)和电磁离合器压板(2-6)均通过螺钉与上壳体(2-2)相连，且锥面压板(2-4)、直线轴承压板(2-5)和电磁离合器压板(2-6)的轴线在同一直线上； 所述的本体(3)包括本体下部件(3A)和本体上部件(3B)， 所述的本体下部件(3A)由电机(3-1)、电机支座(3-2)、联轴器A(3-3)、力矩传感器(3-4)、力矩传感器支座(3-5)、联轴器B(3-6)、滚珠花键轴A(3-7)、滚珠花键套A(3-8)、滚珠花键副套筒A(3-9)、下齿轮(3-10)、直线轴承A(3-ll)、直线轴承支座A(3-12)、直线轴承压盖A(3-13)、左侧弹性挡圈(3-14)组成，所述的电机(3-1)通过螺钉固定在电机支座(3-2)上，所述的电机支座(3-2)固连在下壳体(2-1)上，所述的联轴器A(3-3)—端与电机(3-1)的输出轴相连，另一端与力矩传感器(3-4)的轴相连，所述的力矩传感器(3-4)固定在力矩传感器支座(3-5)上，所述的力矩传感器支座(3-5)与下壳体(2-1)固连，所述的滚珠花键轴A( 3-7)通过联轴器B(3-6)与力矩传感器(3-4)相连，所述的滚珠花键套A(3-8)中装配有滚珠花键轴A(3-7)，所述的滚珠花键套A(3-8)装配在滚珠花键副套筒A(3-9)中，所述的滚珠花键副套筒A(3-9)的另一端设置有轴，并且轴通过键与下齿轮(3-10)相配合，所述的直线轴承A(3-11)的内圈与滚珠花键副套筒A(3-9)的轴配合，其外圈通过直线轴承压盖A(3-13)固定在直线轴承支座A(3-12)上，所述的左侧弹性挡圈(3-14)设置在滚珠花键副套筒A(3-9)的轴的外侧凹槽中，所述的直线轴承支座A(3-12)固连在下壳体(2-1)上； 所述的本体上部件(3B)由电磁离合器(3-15)、电磁离合器支座(3-16)、右侧弹性挡圈(3-17)、滚珠花键副套筒8(3-18)、滚珠花键套以3-19)、滚珠花键轴8(3-20)、联轴器(:(3-21)、锥面导丝夹紧器(3-22)、上齿轮(3-23)、传力轴(3-24)、直线轴承B(3_25)、直线轴承支座B(3-26)、测力板(3-27)、推力轴承(3-28)、锥体(3-29)、滑块(3-30)、滑轨(3-31)、测力支座(3-32)、力传感器固定架(3-33)、传力钉(3-34)、力传感器(3-35)组成，所述的电磁离合器(3-15)设置在电磁离合器支座(3-16)上，所述的电磁离合器支座(3-16)固连在下壳体(2-1)上，所述的滚珠花键副套筒B(3-18)的一端设置有轴，其轴通过键装配在电磁离合器(3-15)中，所述的右侧弹性挡圈(3-17)设置在滚珠花键副套筒B(3-18)的轴的外侧凹槽中，所述的滚珠花键套B(3-19)装配在滚珠花键副套筒B(3-18)中，所述的滚珠花键轴B(3-20)的轴为空心轴，其装配在滚珠花键套B(3-19)中，所述的联轴器C(3-21)的一端与滚珠花键轴B(3-20)相连，另一端与锥面导丝夹紧器(3-22)相连，所述的锥面导丝夹紧器(3-22)与上齿轮(3-23)的内孔相配合，所述的传力轴(3-24)沿其自身轴线设有通孔，其与上齿轮(3-23)固连，所述的传力轴(3-24)通过直线轴承B(3-25)设置在直线轴承支座B(3-26)上，所述的测力板(3-27)上端设置有U型槽，并使得传力轴(3-24)穿过U型槽，所述的推力轴承(3-28)压于测力板(3-27)上，并设置在与直线轴承B(3-25)相对的一侧，所述的锥体(3-29)上设有通孔，且通孔穿过传力轴(3-24)，所述的锥体(3-29)在上壳体(2-2)闭合时与锥面压板(2-4)相配合，所述的测力板(3-27)下端通过螺钉与滑块(3-30)固连，所述的滑块(3-30)装配在滑轨(3-31)中，所述的滑轨(3-31)设置在测力支座(3-32)上，所述的测力支座(3-32)固连在下壳体(2-1)上，所述的力传感器(3-35)装配在力传感器固定架(3-33)中，并通过传力钉(3-34)与测力板(3-27)相连，所述的力传感器固定架(3-33)通过螺栓固定在下壳体(2-1)上，所述的上齿轮(3-23)与下齿轮(3-10)相啮合； 所述的伸缩机构(4)由左支架(4-1)、左球铰支座(4-2)、左球铰球部件(4-3)、右支架(4-4)、右球铰支座(4-5)、右球铰球部件(4-6)、伸缩杆(4-7)组成，所述的左支架(4-1)与下壳体(2-1)固连，所述的右支架(4-4)与手术台固连，所述的左支架(4-1)上设置有左球铰支座(4-2)，所述的右支架(4-4)上设置有右球铰支座(4-5)，所述的左球铰球部件(4-3)装配在左球铰支座(4-2)中，所述的右球铰球部件(4-6)装配在右球铰支座(4-5)中，所述的伸缩杆(4-7)的两端分别连接左球铰球部件(4-3)和右球铰球部件(4-6); 所述的锁止切换机构(5)由底板(5-1)、左侧板(5-2)、右侧板(5-3)、上侧板(5-4)、软管(5-5)、压板(5-6)、电磁铁(5-7)组成，所述的底板(5-1)与手术台固连，所述的左侧板(5-2)和右侧板(5-3)通过螺栓固定在底板(5-1)上，所述的上侧板(5-4) 一端固定在左侧板(5-2)上，另一端固定在右侧板(5-3)上，所述的电磁铁(5-7)位于左侧板(5-2)和右侧板(5-3)之间，且其底部与底板(5-1)固连，所述的电磁铁(5-7)的推杆上设置有压板(5-6)，所述的上侧板(5-4)下端设置有通孔，通孔中设置有软管(5-5)，所述的软管(5-5)中穿过导丝(6)。2.根据权利要求1所述的一种主从介入手术机器人从端操作装置，其特征在于，所述的锥面压板(2-4)的一侧为圆弧锥面，并在锥面内设置有可滚动的钢珠。3.根据权利要求1所述的一种主从介入手术机器人从端操作装置，其特征在于，所述的电磁离合器(3-15)接电时内外圈分离，断电时内外圈接合。4.根据权利要求1所述的一种主从介入手术机器人从端操作装置，其特征在于，所述的力传感器(3-35)为拉力传感器。5.根据权利要求1所述的一种主从介入手术机器人从端操作装置，其特征在于，所述的伸缩杆(4-7)由多级直径不同的空心管串联而成。
【文档编号】A61B34/37GK205459039SQ201620161473
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月3日
【发明人】郭书祥, 石立伟, 高宝丰, 包贤强, 汪源, 赵岩, 彭维礼, 张超楠, 秦铭阳, 李光轩, 陈乾睿
【申请人】北京理工大学