一种机器人从端装置、操作系统的制作方法

本实用新型属于微创血管介入手术技术领域，涉及一种从端装置、操作系统及其控制方法。该机器人从端装置可以用于造影、微创血管介入手术虚拟现实手术培训及手术实际操作中。解决现有机器人难以完成对导管和导丝协同操作的难题，同时设有多个力检测传感器、摄像头，使医生手能够感知到所用力量，全程摄像头记录，实现更精准的操作。设置高度可调底座和角度可调节底座，调节操作平台高度，适合不同医生对高度的要求，调节导管、导丝角度，适应不同手术需要。

背景技术：

心血管系统疾病是人类最为常见的一类疾病，是目前世界人口的一大死因，严重威胁人类健康。心脑血管疾病已经成为人类疾病死亡的三大原因之一，全球每年有1670万人死于心脑血管疾病，占所有疾病死亡率的29.2％，每年我国900万心脑血管疾病患者中就有250万人死亡。

心脑血管微创介入疗法是针对心脑血管疾病的主要治疗手段，其是在医学影像设备的引导下，借助于介入导管沿血管的管腔到达较远的病变部位，如冠状动脉、脑部、肝脏和肾脏的血管内，然后对病变部位实行微创治疗的一种新兴医疗手术。在血管介入治疗过程中，医生需要借助基于X射线的数字剪影血管造影(DSA)的导引来完成手术，医生虽然配备含铅防护服，但是仍然无法保护医生的上肢和头部不受X射线辐射；且由于血管介入治疗的复杂性，往往需要长时间暴露于X射线环境中操作，医生的累计辐射量大；而且长时间穿着沉重的含铅防护服，加大了脊柱的压力负荷，已有较多报道显示血管介入医生的甲状腺癌、放射性晶状体损伤、腰椎病等的发生率明显高于其它学科的医生。全国从事血管腔内治疗操作的医护人员约70万人，全国每年进行血管腔内治疗超过一千万台次，与X射线相关的职业损伤已成为一个不可回避的问题，严重威胁着医生的健康状况和血管介入治疗学的长远发展。借助机器人技术进行导管、导丝遥操作的手术方法能够有效应对这一问题，可以大幅提高手术操作的精度与稳定性，同时能有效降低放射线对主刀医生的伤害，降低术中事故的发生几率。因此，心脑血管介入手术辅助机器人越来越多的被人们所关注，逐渐成为各国在医疗机器人领域的重点研发对象。

目前血管介入手术机器人主要采用主从端操作结构，以将医生与放射线隔离，如天津理工大学申请的申请号为：201410206956.7的发明专利，公开了一种主从微创血管介入手术辅助系统从操作器装置，它包括轴向推送单元、旋转单元、夹取单元、手术导管、操作力检测单元和角度调节底座，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。又如，北京航空航天大学申请的申请号为：201210510169.2的发明专利，公开了一种主从式遥操作血管介入手术机器人，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。再如，哈尔滨工业大学于申请的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，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。如北京理工大学申请的申请号为：201510064919.1公开了一种用于介入手术机器人的测量装置，它的基座通过合页连接有上盖；上盖设有凹形限位板以及推块，当上盖闭合时，凹形限位板将柱齿轮与主动轮、惰轮压紧，限制竖直方向位移，推块将左侧U型挡片向右侧推进，另右侧U型挡片、左侧U型挡片将导丝驱动辅助件夹紧；基座安装在直线驱动组件的滑块上。该方案可有效减少推送力在传导过程中的损失、降低因装配或振动等原因引起的较大误差，但其只用于驱动导丝，无法完成导管导丝的协同操作也无法在手术中了解导丝在血管内，导丝头端与血管壁之间的相对位置。

上述方案是国内对于血管介入手术机器人较为先进的研究，但它们都存在如下几方面问题：(1)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，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；(2)操作平台和控制器结构复杂，不仅制造成本高，而且影响操作精度；(3)导管导丝的拆装不方便，不易于手术中更换导管导丝，不方便对导管、导丝和接口进行消毒处理；(4)手术中无法知晓导管导丝在血管内的相对位置，手术风险较高。

通过对现有技术分析可看出，在实际手术的操作中，通常需要导管、导丝以及辅助机构，能够任意实现各自在轴向上的直线运动，并且往往需要导管导丝协同操作，相互配合前进。而现有技术均存在以下问题：(1)体积重量大：由于采用两套滑轨来分别操纵导管和导丝，装置体积大、占地面积大、重量大，因此不适合放置于手术室进行临床手术操作；(2)不能再现医生手部操作的实际动作，不能完成导管和导丝的协同推送，不符合实际手术操作需求； (3)扩展性差：手术过程中，需要对导管和导丝进行辅助操作，而辅助操作的轴向直线运动与导管、导丝的运动不同步时，需要增加滑轨，而采用现有直线滑轨的形式，利用滑轨通轴布置，各自的行程是没有交集的，因此不能完成对其功能的扩展。(4)操作进行身体内部，血管和导管之间的接触力不能被检测的。微创手术中医生在主端操作，不能直接感受到从端机械与人体组织的接受信息。目前，急切需要提供一种能够实现导管导丝协同操作，并且具有触觉信息直观反馈的手术机器人从端操作装置及操作系统。

本实用新型人与北京理工大学进行合作研究，持续对介入手术机器人的技术进行研究，致力于改善装置的操作方式，更符合医生实际需求，结构更简单，测力更全面，易于拆装的装置。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，本实用新型目的是提供一种机器人从端装置、操作系统及其控制方法，该从端装置及操作系统目的在于解决现有技术难以满足导管导丝协同操作要求，同时不能像传统手术操作一样直观感受触觉信息的问题。该用于介入手术或造影或培训的机器人从端装置安装有导管控制器和导丝控制器，使得导管和导丝能够同时操作控制，并且安装有多个传感器，解决现有机器人难以完成对导管和导丝协同操作及无法直观感受手术操作的问题，提高介入手术或造影的安全性和可操作性，可调节高度，解决现有机器人无法适应不同医生的问题，结构简单易实现，同时该装置还能够用于操作训练或教学培训。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种用于造影或介入手术或培训的机器人从端装置，其特征在于：从端装置设置在操作平台上，所述操作平台具有两个以上平台滑块，从端装置包括导管控制器和导丝控制器，所述导管控制器和导丝控制器分别安装在所述平台滑块(1030)上，所述平台滑块安装在在同一直线导轨副D(1020)上，对导管控制器和导丝控制器在同一直线轨道上进行直线移动控制；在操作平台1110下面安装高度可调底座(1101)，所述高度可调底座由两个升降台构成；所述升降台安装板安装在升降台A和升降台B上；所述IP摄像头采集现场实时图像。所述导管控制器包括导管控制器主体部分(1)、导管夹紧机构(3)、导丝辅助夹紧机构(2)和角度调节底座A(11)，导管是带有侧壁接触力传感器的手术导管；所述的导丝控制器包括导丝基本体(6)、安装在基本体(6)上的导丝夹紧机构(7)、夹紧切换机构(8)、六轴力测力组件(9)和角度调节底座B，导丝夹紧机构(7)用于夹紧导丝，夹紧切换机构(8) 用于驱使导丝夹紧机构(7)松开对导丝的夹紧，

所述导管夹紧机构(3)用于夹持导管，导丝辅助夹紧机构(2)用于夹紧或松开导丝；所述的导管夹紧机构(3)和导丝辅助夹紧机构(2)均可拆卸安装在导管控制器主体部分(1) 上。

所述的导管夹紧机构(3)包括医用三通阀(310)和夹持组件(320)；医用三通阀包括三通体、控制阀和螺旋帽，螺旋帽可相对三通体转动。

所述的医用三通阀(310)用于连接导管，它通过夹持组件(320)固定在主体部分(1) 上；所述的主体部分(1)包括壳体A(110)和安装在壳体A(110)上的上盖(120)，夹持组件(320)可拆卸安装在上盖(120)上。

导丝辅助夹紧机构2固定在壳体110的后端，壳体110的底部设置一对插板111，对应在平台滑块1130上设置快接孔，插板111插入快接孔，在插板111上设置销孔，通过销穿过平台滑块1130插入销孔中。

导管控制器还包括导管扭转组件(4)，包括电机A(401)、小齿轮A(402)和大齿轮 A(403)，电机A401驱动小齿轮A402转动，通过小齿轮A402和大齿轮A403啮合传动，大齿轮A403带动连接鞘324转动，从而驱动导管扭转，可调整导管头端的角度，大齿轮A403 的中心设置与连接鞘324外形相匹配的孔，连接鞘324插入该孔中即可将连接鞘324与大齿轮A403连接。扭矩传感器47用于检测旋转扭矩，所述扭矩传感器47安装在电机A(401)的输出端和小齿轮A(402)之间；当扭矩传感器47检测到电机A401的输出扭矩后，实时的输出扭矩减去空载时的输出扭矩，即可得到对手术导管操作时的实时扭矩；

所述角度调节底座(11)安装在平台滑块(1130)上，由底座前端立板24、底座架25、支撑板52、立板连接轴27、套管26、套管连接轴53、调整杆28、连接轴36和紧固螺丝35 构成，支撑板52上有快接孔。

所述的导丝辅助夹紧机构(2)包括支撑件(220)、夹紧件(230)和驱动元件；所述夹紧件(230)通过弹簧(240)支撑设置在支撑件(220)中，夹紧件(230)的上端具有压紧块(231)，驱动元件可驱动支撑件(220)在竖直方向上下移动。

所述的驱动元件为舵机A(250)，舵机A(250)连接线轮(260)，线轮(260)上缠绕有线，线的一端连接夹紧件(230)。

所述导丝夹紧机构(7)包括导丝锁止套筒(710)、导丝锁止杆(720)和导丝锁止器(730)。

从端装置还包括位移测量装置1170，所述位移测量装置设置在一个平台滑块上，用于测量导管、导丝的位移，并将采集到的轴向位移和旋转位移，传送给计算机进行计算分析。手术导管是带有力传感器的手术导管；所述传感器是导管侧壁接触力传感器和导管前端碰撞力传感器。

更进一步，一种机器人从端装置远程操作系统，包括主端部分和从端部分，从端部分包括导管控制器和导丝控制器，主端部分通过无线或有线通讯方式连接从端部分，其特征在于：所述主端部分接受操作信号，控制从端部分动作，并接受从端部分的反馈信号；所述从端部分接受并执行主端部分发出的操作信号。

有益效果

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型的从端装置，采用一个轨道多个平台滑块安装有导管控制器和导丝控制器的方式，能够完成导管和导丝的在同一轨道上前后的协同推送，连续、准确的推进和旋转导管和导丝，根据需要同时或先后或单独分别对导管和导丝进行控制，符合实际手术操作需求，完全模拟医生实际操作，有效提高手术效率，降低医护人员接触辐射设备的时间；

(2)本实用新型的从端装置，体积小，重量轻，成本低，能够更好地应用于临床手术；

(3)本实用新型的从端装置，能够允许医生像传统手术一样去操作，安装力传感器、使用带有侧壁传感器的导管，能够实现对手术过程中的信息监控，将实时的触觉信息直观的反馈给医生，提高介入手术的安全性和可操作性。

(4)本实用新型导管控制器中通过将导管夹紧机构和导丝辅助夹紧机构可拆卸地安装在主体部分上，这种夹紧机构结构简单，克服现有技术中不易消毒的缺陷，方便拆卸更换消毒，并且配合导丝控制器，可实现导管、导丝的单独或同时进行推送，能够仿照医生手动协同操作；

(5)本实用新型导管控制器中导管夹紧机构创造性的采用夹持组件夹持医用三通阀的结构形式，拆装组合简单，大大简化了夹持结构，医用三通阀不仅可以与导管简单快速的连接，便于它们连接处的消毒，而且更主要的是通过医用三通阀，可在手术过程中向血管内打入造影剂，对血管内部进行造影，进而可观察导管导丝与血管的相对位置，便于对导管导丝的进一步操作，提高手术的安全性；另外，医用三通阀的成本较低，可一次性使用，用完即可丢弃，不需要像现有的夹持机构反复拆装消毒；

(6)本实用新型导管控制器中通过导管扭转组件可实现对导管的扭转操作，从而满足手术过程中对导管头端的角度控制，保证导管在血管内能够顺利向预定位置推进；导丝扭转组件具有同样的简单方便、能够扭转易于控制操作的效果，通过扭矩传感器能够测量扭矩；

(7)本实用新型导管控制器中导管夹紧机构的夹持组件即可简单的对医用三通阀进行可靠夹持，而且通过夹持组件中的开关拨动，即可快速完成导管夹持器与测力组件中导管连接板的拆装，结构设计巧妙；

(8)本实用新型导管控制器中导丝辅助夹紧机构创新性地采用舵机驱动线轮带动线拉动夹紧件对导丝进行夹紧的结构形式，弹簧的反向作用力可使夹紧件松开导丝，操作简单方便，便于控制，可配合导管夹紧机构完成对导管导丝的协同配合操作；

(9)本实用新型介入手术机器人从端装置，设置有角度调节底座，能够针对不同的患者或者手术介入位置，通过调节角度调节底座获得0-45°的任意介入角度；调整杆深入套管的长度决定了介入角度的大小，当调整杆深入套管的长度达到医生期望的介入角度时，通过紧固螺丝将其固定住，整体结构简单，导管控制器和导丝控制器均采用模块化结构设计，拆装组合简便，结构紧凑，且大部分都可采用塑料制成，整体重量轻便，制造成本较低。

附图说明

图1为操作平台从上方观察的立体结构示意图；

图2为操作平台从下侧观察的立体结构示意图；

图3为操作平台中张紧机构的立体结构示意图；

图4为操作平台中张紧机构的爆炸结构示意图；

图5为导管控制器的立体结构示意图；

图6为导管控制器中主体部分的主视结构示意图；

图7为图6中A-A剖视图；

图8为图7中B-B剖视图；

图9为导管控制器中主体部分的爆炸视图；

图10为导管控制器中导管夹持机构的主视结构示意图；

图11为图10中C-C剖视图；

图12为导管控制器中导管夹持机构的立体结构示意图；

图13为导管控制器中导管夹持机构的爆炸视图；

图14为导管控制器中导丝辅助夹紧机构的立体结构示意图；

图15为导管控制器中导丝辅助夹紧机构的爆炸视图；

图16为本实用新型中导丝控制器的立体结构示意图；

图17为导丝控制器中基本体的主视结构示意图；

图18为图17中D-D的剖视图；

图19为图18中E-E的剖视图；

图20为位移测量装置结构示意图

图21为导丝控制器中导丝夹紧机构的主视结构示意图；

图22为图21中F-F的剖视图；

图23为图22中H-H的剖视图；

图24为导丝控制器中导丝夹紧机构的爆炸示意图；

图25为导丝控制器中夹紧切换机构的立体结构示意图；

图26为导丝控制器中夹紧切换机构的爆炸图。

图27角度可调节底座结构示意图；

图28高度可调底座结构示意图；

图中：导管控制器主体部分1、导丝辅助夹紧机构2、导管夹紧机构3、导管扭转组件4 和导管测力组件5

1导管控制器主体部分；110壳体；111插板；120上盖；

2导丝辅助夹紧机构；210基座；211插块；220支撑件；221弹簧腔；230夹紧件；231 压紧块；240弹簧；250舵机A；260线轮；

3导管夹紧机构；310医用三通阀；320夹持组件；321开关底座；322夹持块；323开关 A；324连接鞘；

4导管扭转组件；401电机；402小齿轮；403大齿轮；

5导管测力组件；510隔板；520直线导轨副；530承托板；540导管连接板；541插接板； 542插接孔；550力传感器；560传感器固定板；

6导丝控制器基本体；610壳体；611插板；620盖板；630导丝扭转组件；631电机；632 小齿轮；633大齿轮；

7导丝夹紧机构；710导丝锁止套筒；720导丝锁止杆；730导丝锁止器；740切换弹簧； 750垫片；760锁止器端盖；770锁止器拉板；780轴承；790套筒支撑组件；791定位底座； 792锁紧开关；793连接座；794轴承压板；795定位压板；

8夹紧切换机构；810舵机座；811插接块；820舵机；830转盘；840切换板；850直线导轨副；

9导丝六轴力测力组件；910隔板；920直线导轨副；930承托板；940导丝连接件；941 插接板；942插接孔；950六轴力传感器；960传感器固定板；

11角度可调底座；24立板；25底座；52支撑板；27立板连接轴；26套管；53套管连接轴；28调整杆；36连接轴；35紧固螺丝；

1110操作平台；1120直线导轨副；1130平台滑块；1140驱动机构；1141绳索；1142驱动电机；1143、绳轮；1150、张紧机构；1151、导向固定套；1152、调节螺套；1153、导向杆；1154、张紧支架；1155、导向轮；1156、螺杆、1170位移测量装置；1180IP摄像头；1101 高度可调底座；

203激光鼠标位移传感器；207、208介入器械导向管；204、205导向管固定座；206导轨。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型进一步进行描述。

实施例1

本实施例提供一种机器人从端装置，在设有操作平台1110、平台滑块1130和驱动机构 1140的操作平台上，在两个平台滑块1030上分别安装导管控制器和导丝控制器。其中，平台滑块1130通过直线导轨副1020设置在操作平台1110上，每个平台滑块1130都通过驱动机构1140单独驱动，驱动机构数量与平台滑块数量一致，导管控制器用来夹持导管并对导管进行旋转和推送力检测等，导丝控制器用来夹持导丝并对导丝进行旋转和推送力检测等。

所述的每个驱动机构1140包括驱动电机1142、绳索1141和张紧机构1150；其中，驱动电机1142固定在操作平台1110的底部，它连接有绳轮1143，绳轮1143用于驱动绳索1141 带动平台滑块1130移动；所述张紧机构1150具有两个，分别设置在操作平台1110的两端，用于支撑绳索1141，并使绳索1141张紧，绳轮1143缠绕在两个张紧机构1150上，绳轮1143 连接平台滑块1130。

在操作平台1110下面安装高度可调底座1101，所述高度可调底座1101由升降台A和升降台构成；其中，所述升降台A由升降台底板1-1、螺纹杆1-2、轴A1-3、轴B1-4、升降台顶板1-5和升降台支撑杆1-6构成；其中，所述升降台支撑杆1-6下端安装在升降台底板1-1 上，上端支撑升降台顶板1-5；所述轴A1-3作为升降台支撑杆1-6的旋转轴；所述轴B1-4为升降台支撑杆1-6的旋转轴；所述螺纹杆1-2穿过轴A1-3和轴B1-4，且与轴A1-3和轴B1-4 的连接螺纹方向相反，升降台顶板上设有支架，支架与操作平台稳固连接。所述升降台B与升降台A具有相同结构，升降台A、B安装在在操作平台两端。调节操作器的合适高度：在进行手术操作时，根据不同医生对操作器的高度要求，首先手动调节升降台A和升降台B获取；所述的升降台A，螺纹杆上有正反螺纹，手动转动螺纹杆时可以使轴A和轴B靠拢或者分离，从而调节升降台底板和升降台顶板间的距离，起到升降的效果；

所述位移测量装置A1170为设置在操作平台1110一侧的光栅尺和固定在平台滑块1130 上的光栅尺读头组成。所述光栅尺读头上沿平台滑块的运动方向设置有两个反向的限位传感器。操作平台上安装有IP摄像头采集现场实时图像，IP摄像头传回来的实时图像，在做修正后以图像窗口的形式展示给医生。

该装置通过设计了操作平台1110、平台滑块1130、驱动机构1140和张紧机构1150的相互配合，采用一轨道多滑块的形式，来完成对导管控制器和导丝控制器同时，在同一直线轨道上，进行直线移动控制；同时安装有力传感器、位移测量装置和IP摄像头，能够反馈医生手部操作作用力。具有安装调节方便，控制精度高，导管和导丝能够同时协同推送，反馈导丝导管等介入机械的力觉感，手感真实的优点。

对导管控制器和导丝控制器的结构进行详细说明。

一、导管控制器的结构

导管控制器主要包括六个部分，分别为导管控制器主体部分1、导丝辅助夹紧机构2、导管夹紧机构3、导管扭转组件4、导管测力组件5和角度调节底座A(11)；其中，导管控制器主体部分1是其它四个部分的安装基础，导管夹紧机构3和导丝辅助夹紧机构2均可拆卸地安装在主体部分1上，导丝辅助夹紧机构2用于对导丝进行辅助夹紧或放松，导管夹紧机构3用于夹持导管，导管扭转组件4用于完成对导管的扭转操作，导管测力组件5则用于检测导管的推送力。该装置通过各部分的相互配合，可完成对导管的夹持、推送、扭转和测力，以及对导丝的辅助夹紧或放松，从而可实现导管与导丝的协同配合，完成手术的需求。

主体部分1包括壳体110和上盖120，在本实施例中，壳体110为顶部和后端开放的壳状结构，上盖120安装在壳体110的顶部，使得壳体110内形成相对较为封闭的空间，为安装导管扭转组件4和导管测力组件5的创造空间。导管夹紧机构3安装在上盖120的上方，而导丝辅助夹紧机构2固定在壳体110的后端，安装位置合理分配。在壳体110的底部设置一对插板111，而对应在角度调节底座A11的支撑板52上设置快接孔51，插板111插入快接孔，在插板111上设置销孔，使得插板111与支撑板52可靠连接，且方便拆卸。

所述角度调节底座由底座前端立板24、底座架25、支撑板52、立板连接轴27、套管26、套管连接轴53、调整杆28、连接轴36和紧固螺丝35构成；所述底座前端立板24安装在底座架25上；所述套管26与底座架25连接，且可围绕套管连接轴53旋转；所述调整杆28依可调整嵌入长度的紧固螺丝35嵌入在套管26中；所述角度调节底座的支撑板52分别通过立板连接轴27与底座前端立板24连接，通过连接轴36与调整杆28连接，立板连接轴27和连接轴36是可以旋转的连接轴。

针对不同的接受治疗者或者手术介入位置，通过调节角度调节底座获得0-45°的任意介入角度；调整杆深入套管的长度决定了介入角度的大小，当调整杆深入套管的长度达到医生期望的介入角度时，通过紧固螺丝将其固定住；

导管测力组件5安装在壳体110内，它主要包括隔板510、导管连接板540和力传感器 550；其中，隔板510固定在壳体110的中间，将壳体110内空间主要分为上下两部分，隔板 A510的相对两侧边向上翻折形成侧板，两个侧板上各安装一个直线导轨副520，直线导轨副 520连接导管连接板540，从而导管连接板540可相对隔板510移动，这也是后续能够对导管进行推送力检测的前提。本实施例中，直线导轨副520优选采用滚珠直线导轨副，摩擦力较小几乎可以忽略，从而导管连接板540的运动阻力可忽略，保证导管推送力检测的高精度。直线导轨副520包括导轨和滑块，导轨固定在隔板510的侧板上，滑块通过承托板530与导管连接板540进行连接，导管连接板540用于连接导管夹紧机构3。在隔板510上还安装一个呈L形的传感器固定板560，力传感器550的一端与导管连接板540连接，另一端与传感器固定板560连接，这样，导管的推力通过导管夹紧机构3传递到导管连接板540上，导管连接板540相对隔板510移动，会被力传感器550的转换元件，如应变片感应，将力信号转换成电信号并输出，从而获取力的大小。

通过导管测力组件5能够检测导管在推送过程中的推送力，达到导管的精确控制，提高手术安全性；采用力传感器550进行实时的动态力反馈，为医生手术控制推送力大小；该导管测力组件5安装在壳体110内，结构紧凑，结构相对封闭，能够很好的保护力传感器550，且力传感器550的测力形式简单便捷，中间连接件相对较少，测力准确度高。

为了方便导管连接板540与导管夹紧机构3之间的连接，本实施例，在导管连接板540 上设置一对具有插接孔542的插接板541，插接板541从壳体110内穿过上盖120，使插接孔 542高出上盖120的表面，通过它使得导管连接板540与导管夹紧机构3能够快速连接或拆下。与此同时，为适应导管连接板540的结构形式，对导管夹紧机构3的结构也具有特定的要求。

导管夹紧机构3包括医用三通阀310和夹持组件320；其中，医用三通阀310用于连接导管，它是现有临床上常用的医疗用具，但是现有技术中从没有将其用于微创血管介入手术领域，此处创新性地将其用在导管的夹持控制上，它主要包括三通体、控制阀和螺旋帽，螺旋帽可相对三通体转动。在使用时，导管先连接到连接鞘324上，然后再将连接鞘324与螺旋帽螺纹连接，从而将导管连接到医用三通阀310上，且能够相对转动。夹持组件320是用来对医用三通阀310进行夹持固定，固定的是医用三通阀310的三通体，它具有两个，从医用三通阀310的两侧将其夹持固定，它包括夹持块322，夹持块322的一侧面具有与医用三通阀310的三通体一半的外形相卡合的卡槽，两个夹持块322的卡槽合在一起即可组合成一个卡腔，可将医用三通阀310的三通体可靠的夹持，同时不影响螺旋帽的旋转。当然，为适应上述导管连接板540的连接结构，此处，在夹持块322的下侧具有开口槽，开口槽内配合设置有开关底座321，且在夹持块322与开关底座321之间设置可以拨动的开关323，开关 323用于锁住或解锁导管连接板540。开关323由水平的卡板和竖直的拨动板组成，卡板滑动设置在开关底座321上的滑槽中，拨动板穿过夹持块322上的孔后，供拨动。在将导管夹紧机构3安装到上盖120的上方时，插接板541插入夹持块322与开关底座321之间形成的竖直快接孔中，通过拨动开关323，可使得卡板插入插接板541的插接孔542，从而实现导管连接板540与导管夹紧机构3的可拆卸连接。

由上可知，导管夹紧机构3采用夹持组件320夹持医用三通阀310的结构形式，拆装组合简单，大大简化了夹持结构。创新性采用医用三通阀310连接导管，它不仅可以与导管简单快速的连接，便于它们连接处的消毒，而且更主要的是通过医用三通阀310，可在手术过程中向血管内打入造影剂，对导管头端处的血管内部进行造影，进而可观察导管导丝与血管的相对位置，便于对导管导丝的进一步操作，提高手术的安全性；另外，医用三通阀310的成本较低，可一次性使用，用完即可丢弃，而不用像现有的夹持机构还需要反复拆装消毒。

导管扭转组件4包括电机401、小齿轮402和大齿轮403；其中，电机401固定在壳体 110中，具有很好的保护作用，电机401的输出轴连接小齿轮402，大齿轮403与固定导管的连接鞘324连接，小齿轮402和大齿轮403啮合传动；使用中，电机401驱动小齿轮402转动，通过小齿轮402和大齿轮403啮合传动，大齿轮403带动连接鞘324转动，从而驱动导管扭转，可调整导管头端的角度，保证导管在血管内可顺利的推进。大齿轮403的中心设置与连接鞘324外形相匹配的孔，连接鞘324插入该孔中即可将连接鞘324与大齿轮403连接。

通过导管扭转组件4可实现对导管的扭转操作，从而满足手术过程中对导管头端的角度控制，保证导管在血管内能够顺利向预定位置推进；导管扭转组件4采用电机401驱动齿轮的形式，通过调整大小齿轮的传动比，即可调整导管的转动速度，且大齿轮A403与医用三通阀的连接通过连接鞘324实现，既能完成导管的扭转驱动，又能简单方便的将导管安装到医用三通阀上310。扭矩传感器安装在电机的输出端和小齿轮之间；当扭矩传感器检测到旋转驱动电机的输出扭矩后，实时的输出扭矩减去空载时的输出扭矩，即可得到对手术导管操作时的实时扭矩。

导丝辅助夹紧机构2包括基座210、支撑件220、夹紧件230和驱动元件；其中，基座 210用于将导丝辅助夹紧机构2安装到壳体A110上，支撑件220和驱动元件都安装在基座 210上，夹紧件230通过弹簧240支撑设置在支撑件220中，它通过驱动元件驱动可在竖直方向上下移动，对导丝进行夹紧或松开。支撑件220上具有容纳腔，弹簧240位于容纳腔内；夹紧件230为杆状结构，其上端具有压紧块231，其下端具有小孔，且下端从穿过支撑件220 的上方插入容纳腔内，穿过弹簧240后，经支撑件220的下方伸出，连接驱动元件。驱动元件只要能够驱动夹紧件230上下动作即可，但本实施例驱动元件采用舵机250，舵机250连接线轮260，线轮260上缠绕有线，线的一端穿入夹紧件230下端的小孔从而连接夹紧件230。使用时，舵机250驱动线轮260转动，通过线带动夹紧件230下移压缩弹簧240，夹紧件230 上端的压紧块231下移将导丝压紧在支撑件220的上表面，从而实现对导丝的夹紧。

另外，为方便将导丝辅助夹紧机构2安装到壳体A110上，基座210设有用于将其安装到壳体A110上的一对插块211，通过此对插块211插入壳体A110的后侧，并用螺栓进行紧固即可。

综合以上说明，导管控制器装置具有以下优点：

①整体结构简单，采用模块化的结构设计，各部分之间相对较为独立，通过简单的组合即可完成组装，拆装都方便，且结构紧凑体积小；大部分部件结构简单，且可采用塑料制品制成，重量轻，且大大降低制造成本；

②能够同时实现导管的夹持、推送、扭转和测力，以及导丝的辅助夹紧或放松，从而可配合导丝控制器完成对导管导丝的协同操作控制，满足手术的各种操作需求；

③较为封闭的结构形式，对传感器和电机都具有较好的保护；

④在手术过程中，可以较为方便的实现对导管头端处血管进行造影，从而了解导管导丝有血管的相对位置关系，提高手术安全性。

采用上述导管控制器对导管和导丝进行控制，主要完成对导管的夹持、推送、扭转和测力，以及导丝的夹紧和放松，对导管导丝的配合控制，满足介入手术的操作需求，下面对相应的操作步骤进行详细说明。

首先，将主体部分1通过插板111安装到平台滑块1130的快接孔中，并通过销固定。

然后，导管夹紧机构3夹持导管及安装，具体为：先将导管的尾端连接安装到连接鞘324 上，此步骤时同时将大齿轮403与连接鞘324配合安装，为后续导管扭转组件4传动做准备；再将连接鞘324旋接到医用三通阀310的螺旋帽上；接着通过夹持组件320的夹持块322将医用三通阀310从两侧夹紧固定；最后，夹紧医用三通阀310后的夹持组件320插接到上盖 120上方的导管连接板540上，拨动开关A323插入导管连接板540的插接孔542中锁住，使得导管夹紧机构3与导管连接板540连接固定，此时，小齿轮402和大齿轮403也啮合传动连接；完成导管夹紧机构3对导管的夹持，以及安装到主体部分1上。

接着，在导丝控制器夹持导丝后，将导丝的头端经医用三通阀310穿入导管内，保证医用三通阀310后方的导丝穿过导丝辅助夹紧机构2中支撑件220与夹紧件230的压紧块231 之间，从而将导丝安装到位。

经过以上的准备后，导管控制器即可对导管和导丝进行相应的控制，具体如下：

(一)当需要单独控制导管时

导丝辅助夹紧机构2松开导丝，即舵机250失电，夹紧件230在弹簧240的作用力下，其压紧块231远离支撑件220的表面，从而压紧块231不会压紧导丝；平台滑块1130移动，带动主体部分1移动，进而驱动导管夹紧机构3移动，控制导管单独移动，完成推送。

(二)当需要同时控制导管和导丝时

导丝辅助夹紧机构2辅助夹紧导丝，即舵机250得电，驱动线轮260转动，线轮260通过线将夹紧件230向下拉，夹紧件230克服弹簧240阻力向下运动，直至压紧块231将导丝压紧在支撑件220的表面，完成对导丝的夹紧；平台滑块1130带动主体部分1移动，进而导管夹紧机构3带动导管移动，同时，导丝辅助夹紧机构2带动导丝同步动作，实现导管和导丝的同步推送。

(三)当需要单独控制导丝时

操作平台停止动作，导管夹紧机构3不动，导丝辅助夹紧机构2松开导丝，导丝控制器带动导丝即可进行导丝的单独推送。

(四)对导管的扭转控制

电机A401动作，通过小齿轮402和大齿轮403的啮合传动，带动连接鞘324和医用三通阀310的螺旋帽一起旋转，进而驱动导管扭转，完成对导管的扭转操作，实现导管头端的角度调节。扭矩传感器测量输出扭矩。

(五)对导管推送力的检测

操作平台动作，带动主体部分1向前推送，其推动力经隔板A510、力传感器550和导管连接板540传递到导管夹紧机构3，在推送过程中，力传感器550接受推力信息，并转化为电信号输出，进而达到导管的推送力检测。

通过以上步骤可完成对导管的夹持、推送、扭转和推送力检测，以及导丝的辅助夹紧和放松，各步骤之间有序的工作，并配合导丝控制器即可完成对导管导丝的协同操作，从而可满足手术过程中的各种操作需求。下面对导丝控制器进行详细说明。

二、导丝控制器的机构

导丝控制器主要包括六个部分，分别为基本体6、导丝夹紧机构7、夹紧切换机构8、导丝扭转组件630和六轴力传感器10；其中，基本体6是其它四个部分的安装基础，导丝夹紧机构7和夹紧切换机构8均可拆卸安装在基本体6上，导丝夹紧机构7位于基本体6的上侧，夹紧切换机构8位于基本体6的后侧，导丝夹紧机构7用于夹紧导丝，夹紧切换机构8用于驱使导丝夹紧机构7松开对导丝的夹紧，而导丝扭转组件630用于完成对导丝的扭转操作，六轴力传感器用于检测导丝的阻力和阻力矩，由固定端和受力端组成，导丝穿过所述六轴力传感器，并通过夹紧装置与所述六轴力传感器的受力端夹紧连接。该装置通过各部分的相互配合，可完成对导丝的夹紧、放松、推送、扭转、测力和实时反馈所述导管与血管壁间的阻力和阻力矩，从而配合导管控制器对导管的控制，完成手术过程中的协同配合。下面分别对各部分的具体结构分别进行详细说明。

基本体6结构与主体部分1结构基本相同，主要包括壳体610和盖板620；在本实施例中，壳体610为顶部和后端开放的壳状结构，盖板620安装在壳体610的顶部，使得壳体610 内形成相对较为封闭的空间，为后续导丝扭转组件630的安装腾出空间。导丝夹紧机构7安装在盖板620的上方，而夹紧切换机构8固定在壳体610的后侧，安装位置合理分配，也符合各自功能实现的需要。由于基本体6作为基础部分，整个装置是通过它安装到平台滑块1130 上进行相应的操作，为了安装的便捷性，在壳体B610的底部设置一对插板611，插板611插入快接孔，再通过销固定。

为了方便导丝连接件940与导丝夹紧机构7之间的连接，本实施例在导丝连接件940上设置一对具有插接孔942的插接板941，插接板941从壳体610内穿过盖板620，使插接孔 942高出盖板620的表面，通过它使得导丝连接件940与导丝夹紧机构7能够快速连接或拆下。与此同时，为适应导丝连接件940的结构形式，对导丝夹紧机构7的结构也具有特定的要求。

导丝夹紧机构7包括导丝锁止套筒710、导丝锁止杆720、导丝锁止器730和套筒支撑组件790；其中，导丝锁止套筒710、导丝锁止杆720和导丝锁止器730都具有沿各自轴线贯穿的中心孔，以供导丝穿过；导丝锁止器730呈类似蘑菇状结构，两端大小不一，较小的一端可插入导丝锁止杆720的端部，较大的一端露在外，且具有外锥面，沿外锥面的圆周方向开设至少两个切口，在本实施例中开设4个切口，将锥形端切分成均匀的4份；而装入导丝锁止器730的导丝锁止杆720插入导丝锁止套筒710内，且导丝锁止器730内具有与导丝锁止器730的外锥面相配合的锥孔。同时，导丝锁止杆720靠近导丝锁止杆720的一端具有挡环，导丝锁止杆720上套有切换弹簧740，切换弹簧740的一端被挡环限位，再在导丝锁止套筒 710的端部安装锁止器端盖760，将切换弹簧740压装在导丝锁止套筒710内，在锁止器端盖 760和切换弹簧740的端部之间设置垫片750，以使锁止器端盖760更好的压紧切换弹簧740。这样，锁止器端盖760挤压切换弹簧740，切换弹簧740对导丝锁止杆720施加推力，进而导丝锁止杆720挤压导丝锁止器730，使得导丝锁止器730的外锥面与导丝锁止套筒710的锥孔表面发生相对移动，由于导丝锁止器730上切口的存在，从而导丝锁止器730具有锥面的端部会径向收缩，夹紧导丝，此种方式对导丝整个圆周上都受到夹持力，加持面积大，夹持可靠，对导丝的损伤小。

为满足上述导丝夹紧机构7与导丝连接件940的连接，以及后续导丝扭转组件630能够实现对导丝的扭转，本实施例对导丝锁止套筒710的支撑结构进行设计，采用导丝锁止套筒 710通过套筒支撑组件790支撑设置在基本体6上的结构形式。该套筒支撑组件790包括定位底座791、轴承压板794和定位压板795；其中，定位底座791具有U形的容纳腔，容纳腔内具有两个轴承卡槽，导丝锁止套筒710的两端各安装一个轴承780，两个轴承780卡在轴承卡槽中，用轴承压板794从轴承780上方压住轴承，可防止导丝锁止套筒710的轴向窜动，在轴承压板794再通过定位压板795固定，防止导丝锁止套筒710的径向窜动，轴承压板794与定位底座791之间采用插接连接方式，插装方便。另外，在定位底座791底部的两侧各开设一个开口槽，开口槽内配合设置有连接座793，且在定位底座791与连接座793之间的空间中设置可以拨动的锁紧开关792，锁紧开关792用于锁住或解锁导丝连接件940。锁紧开关792由水平的卡板和竖直的拨动板组成，卡板滑动设置在连接座793上的滑槽中，拨动板穿过定位底座791上的孔，露出连接座793的表面，供拨动。在导丝夹紧机构7安装到盖板620的上方时，插接板B941插入定位底座791与连接座793之间形成的竖直快接孔中，通过拨动锁紧开关792，可使得卡板插入插接板B941的插接孔B942中，从而实现导丝夹紧机构7与导丝连接件940的可拆卸连接。

导丝扭转组件630的结构包括电机631、小齿轮632和大齿轮633；其中，电机631固定在壳体610中，具有很好的保护作用，电机631的输出轴连接小齿轮632，大齿轮633通过键与导丝锁止套筒710的前端连接，小齿轮632和大齿轮633啮合传动。使用中，电机631 驱动小齿轮632转动，通过大小齿轮啮合传动，大齿轮633带动导丝锁止套筒710转动，在导丝夹紧的前提下，导丝可根随导丝锁止套筒710一起转动，从而可调整导丝端头的角度，保证导管在血管内可顺利的推进。

通过导丝扭转组件630可实现对导丝的扭转操作，从而满足手术过程中对导丝头端的角度控制，保证导丝在导管内，以及血管内能够顺利向预定位置推进；导丝扭转组件630采用电机631驱动齿轮的形式，通过调整大小齿轮的传动比，即可调整导丝的转动速度。

夹紧切换机构8包括舵机座810和舵机820；其中，舵机座810用于将夹紧切换机构8 安装到壳体610上，舵机820安装在舵机座810上，舵机820连接有转盘830，并可驱动转盘830转动，转盘830上缠绕有线，线的自由端用于拉动导丝锁止杆720，使导丝锁止杆720 松开对导丝锁止器730的挤压，从而使导丝锁止器730松开对导丝的夹紧。为了能够实现上述功能，且不影响导丝通常状态下对导丝的夹紧，对线与导丝锁止杆720的连接结构进行设计，在本实施中，导丝锁止杆720的末端通过螺纹连接一个锁止器拉板770，锁止器拉板770 与锁止器端盖760之间相隔一段距离，此距离可以通过锁止器拉板770与导丝锁止杆720的螺纹配合长度调节；同时，在隔板910上通过直线导轨副850设置有切换板840，切换板840 具有圆弧缺口，通过该缺口，切换板840卡在锁止器端盖760和锁止器拉板770之间，转盘 830上线与切换板840连接，从而舵机820驱动转盘830转动，通过线拉动切换板840向后移动，切换板840被锁止器拉板770挡住，带动导丝锁止杆720克服切换弹簧740向后移动，从而松开导丝。

为方便将导夹紧切换机构8安装到壳体610上，舵机座810设有用于将其安装到壳体610 上的一对插接块811，通过此插接块811插入壳体610的后侧，并用螺栓进行固定即可完成连接。

现有技术中对于导丝的夹紧和放松是通过同一个机构实现的，并不将它们分开操作，导致夹持结构相对较为复杂，但是在具体使用时，导丝在大部分情况下都是需要夹紧的，一般在导管和导丝配合手术中，只有在导管夹持位置和导丝夹持位置达到极限位置，需要进行导丝夹持位置调整时才松开需要松开导丝，因此，本实施例在考虑实际使用情况，将导丝的夹紧和松开分开控制，导丝夹紧机构7默认一直夹紧导丝，而在需要松开导丝时，通过夹紧切换机构8进行切换，松开导丝，使得结构得到大大优化。

综合以上说明，已经对介入手术机器人用导丝控制器各部分的结构及其连接关系进行了清楚完整的表述，其具有的优点为：

①整体结构简单，采用模块化的结构设计，各部分之间相对较为独立，通过简单的组合即可完成组装，拆装都方便，且结构紧凑体积小；大部分部件结构简单，且可采用塑料制品制成，重量轻，且大大降低制造成本；

②能够同时实现导丝的夹紧、松开、推送、扭转、测力和力反馈，装置上安装的六轴力传感器，可以实时传回导丝的力与力矩信息，从而使操作人员可以远程感知送丝过程中产生的阻力，为操作人员的后续动作提供了有力的指导，配合导管控制器对导管导丝协同控制操作，满足手术的各种操作需求；

③较为封闭的结构形式，对电机都具有较好的保护；

采用上述导丝控制器主要可以完成对导丝的夹持、放松、推送、扭转、测力和力反馈，满足介入手术的各种操作需求，下面对其相应的操作步骤进行详细说明。

首先，将基本体6通过插板611插装到平台滑块1130的快接孔中，并用销固定。然后，将导丝的前端依次穿过导丝锁止杆720、导丝锁止器730，并从导丝锁止套筒710的前端伸出，拧紧锁止器端盖760，使导丝锁止器730夹紧导丝。当然配合上述导管控制器，导丝的端头经医用三通阀310插入导管内。

经过以上的准备后，即可对导丝进行相应的控制，具体如下：

(一)导丝的推送操作

舵机B820不动作，导丝被导丝锁止器730夹紧，平台滑块1130移动，从而带动导丝一起向前移动，实现导丝的推送。

(二)导丝的推送力检测

在导丝推送过程中，导丝的推力经夹紧装置传递至六轴力传感器，六轴力传感器产生形变，实时测量导丝的阻力和阻力矩，医生手接触操纵杆，手能够直观感受力的大小。

(三)导丝的扭转操作

在导丝夹紧的前提下，电机631得电，通过小齿轮632和大齿轮633的啮合传动，驱动导丝锁止套筒710转动，从而带动导丝旋转，实现导丝的扭转操作。

(四)导丝的松开操作

舵机820得电，驱动转盘830旋转，线缠绕到转盘830上，先带动切换板840后移，切换板840拉动导丝锁止杆720移动，导丝锁止器730松开对导丝的夹紧。

通过以上步骤可完成对导丝的夹紧、松开、推送、扭转和推送力检测，各步骤之间有序的进行即可完成导丝配合导管的协同操作，从而可满足手术过程中的各种操作需求。

位移测量组件B1170还可以设置在第三个平台连接块上，包括：激光鼠标位移传感器203，介入器械导向管207、208，导向管固定座204、205，导轨206。激光鼠标位移传感器固定在平台连接块1130上，两个管固定座分别位于激光鼠标位移传感器两端，其底部通过楔形面与导轨进行配合，导轨用螺钉固定在平台连接块1130上，介入器械导向管固定在导向管固定座上。

对于整机而言，上述介入手术机器人从端装置对导管导丝协同操作的控制方法，是通过操作平台控制导管控制器和导丝控制器在移动方向上的相对位置，并配合导管控制器和导丝控制器对导管和导丝的控制动作，有序的完成；可同时控制导管和导丝的夹紧、放松、推送、扭转、测力或力反馈，完成复杂的手术动作；其中需要特别说明的是，在导丝控制器推送导丝接近导管控制器时，此时需要使导丝控制器后移，则导管控制器通过导丝辅助夹紧机构2 夹紧导丝，而导丝控制器松开导丝并向后推到所需位置后，导丝夹持器重新夹紧导丝，此时导丝辅助夹紧机构2可松开导丝，实现导丝推送过程中的切换动作，此种形式保证在切换过程中导丝位置不会发生变化。

本实用新型所述实例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的保护范围。