一种血管介入手术机器人系统的制作方法

本发明涉及血管介入手术技术领域，具体为一种血管介入手术机器人系统。

背景技术：

微创血管介入手术是治疗心血管疾病的有效方法。微创血管介入手术是医生操纵导管沿人体血管到达体内较远的病变部位，进而对病变部位进行治疗的手术。与传统手术相比，微创血管介入手术具有出血少、创伤小、并发症少、安全可靠和术后恢复快等优点。然而医生手动进行介入手术也存在明显的不足：首先它对医生的技能和操作经验要求较高，因而培养有经验的医生需要较长的时间和精力；其次，在手术过程中医生需要长时间工作在x射线下，对医生自身健康危害较大；此外，手术过程中，医生的误操作很容易造成血管刺穿，危害病人的身心健康。

如何将机器人技术与血管介入技术有机结合，将介入手术中采用的导管精准地导入对应的位置，成为本申请需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种血管介入手术机器人系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种血管介入手术机器人系统，包括底座、第一电机、第二电机、第一编码器以及第二编码器，所述底座上安装有一组转动支座和位于两个转动支座之间的滑动导轨，转动支座上转动安装有丝杠，其中一转动支座上安装有第一电机，第一电机上安装有第一编码器，第一电机输出端与丝杠端部驱动连接，所述滑动导轨上滑动安装有横向滑座，横向滑座上安装有支架，支架上端转动安装有转动盘，转动盘的盘体中心轴端部通过传动组件与横向滑座上的第二电机驱动连接，第二电机上安装有第二编码器，转动盘的中心开设有贯穿盘体中心轴的管穿孔，转动盘端面设置有用于夹紧导管的夹紧机构，转动盘端面还安装有驱动夹紧机构运动的夹紧气缸，夹紧气缸的气流输入端安装有气缸控制电磁阀，所述底座上安装有辅助支架，辅助支架上端安装有导向套，导管依次穿过管穿孔和导向套。

优选的，还包括主动控制装置、第一控制器和第二控制器，主动控制装置分别与第一控制器和第二控制器信号连接，所述第一控制器中包括第一模糊控制器和第一pid控制器，第一pid控制器的信号输出端与第一电机和气缸控制电磁阀电连接；所述的第二控制器中包括第二模糊控制器和第二pid控制器，第二pid控制器的信号输出端与第二电机和气缸控制电磁阀电连接。

优选的，所述传动组件包括第二电机输出端的小带轮、盘体中心轴端部的大带轮以及传动带，传动带套装在小带轮和大带轮上。

优选的，所述夹紧机构包括上夹块和下夹块，上夹块和下夹块均连接有第一竖向杆，第一竖向杆通过横向中间连接杆连接第二竖向杆，第二竖向杆侧壁上分布设置有齿条，两个齿条之间啮合有中间齿轮，中间齿轮的中心轴转动安装在转动盘端面上，转动盘端面上还安装有一组竖向导向套，第一竖向杆和第二竖向杆均竖向插装在对应的竖向导向套，所述夹紧气缸的输出轴端与第一竖向杆上端连接。

优选的，所述上夹块和下夹块的自由端均设置有防滑垫片。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：夹紧气缸工作，通过夹紧机构将导管夹紧，确保导管能够准确地运动；第一电机控制导管的轴向运动，第一编码器用于采集第一电机的转动圈数，并将其转化成导管的轴向位移值，并将采集的数据发送至第一控制器中；第二电机控制导管的旋转运动，第二编码器用于采集第二电机的转动圈数，并将其转化成导管的旋转角度，并将采集的数据发送至第二控制器中。本发明的动态性能好，灵活性高，适应性强，控制精度高，介入手术中采用的导管能够精准地导入对应的位置。

附图说明

图1为一种血管介入手术机器人系统的结构示意图；

图2为一种血管介入手术机器人系统中夹紧机构的结构示意图。

图中：100-夹紧导管，1-底座，2-横向滑座，3-滑动导轨，4-第一电机，5-转动支座，6-丝杠，7-支架，8-第二电机，9-传动组件，10-辅助支架，11-导向套，12-盘体中心轴，13-转动盘，131-管穿孔，14-第一竖向杆，15-竖向导向套，16-上夹块，17-防滑垫片，18-横向中间连接杆，19-第二竖向杆，191-齿条，20-中间齿轮，21-夹紧气缸。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～2，本发明提供一种技术方案：一种血管介入手术机器人系统，包括底座1、第一电机4、第二电机8、第一编码器以及第二编码器，所述底座1上安装有一组转动支座5和位于两个转动支座5之间的滑动导轨3，转动支座5上转动安装有丝杠6，其中一转动支座5上安装有第一电机4，第一电机4上安装有第一编码器，第一电机4输出端与丝杠6端部驱动连接，所述滑动导轨3上滑动安装有横向滑座2，横向滑座2上安装有支架7，支架7上端转动安装有转动盘13，转动盘13的盘体中心轴12端部通过传动组件9与横向滑座2上的第二电机8驱动连接，第二电机8上安装有第二编码器，转动盘13的中心开设有贯穿盘体中心轴12的管穿孔131，转动盘13端面设置有用于夹紧导管100的夹紧机构，转动盘13端面还安装有驱动夹紧机构运动的夹紧气缸21，夹紧气缸21的气流输入端安装有气缸控制电磁阀，所述底座1上安装有辅助支架10，辅助支架10上端安装有导向套11，导管100依次穿过管穿孔131和导向套11。

本发明还包括主动控制装置、第一控制器和第二控制器，主动控制装置分别与第一控制器和第二控制器信号连接，所述第一控制器中包括第一模糊控制器和第一pid控制器，第一pid控制器的信号输出端与第一电机4和气缸控制电磁阀电连接；所述的第二控制器中包括第二模糊控制器和第二pid控制器，第二pid控制器的信号输出端与第二电机8和气缸控制电磁阀电连接。

所述传动组件包括第二电机8输出端的小带轮、盘体中心轴端部的大带轮以及传动带，传动带套装在小带轮和大带轮上。

所述夹紧机构包括上夹块16和下夹块，上夹块16和下夹块均连接有第一竖向杆14，第一竖向杆14通过横向中间连接杆18连接第二竖向杆19，第二竖向杆19侧壁上分布设置有齿条191，两个齿条191之间啮合有中间齿轮20，中间齿轮20的中心轴转动安装在转动盘13端面上，转动盘13端面上还安装有一组竖向导向套15，第一竖向杆14和第二竖向杆19均竖向插装在对应的竖向导向套15，所述夹紧气缸21的输出轴端与第一竖向杆14上端连接。

所述上夹块16和下夹块的自由端均设置有防滑垫片17。

主动控制装置用于设定导管100的期望轴向位移值和导管100的期望旋转角度值，并将导管100的期望轴向位移值发送至第一控制器中，将导管100的期望旋转角度值发送至第二控制器中；

第一控制器用于将期望位移值与实际导管轴向运动位移值相减，将获得的位移误差分别发送至控制器内部的第一模糊控制器和第一pid控制器内，同时将位移误差的微分值发送至第一模糊控制器内；第一模糊控制器通过模糊推理，得到第一比例系数、第一积分系数和第一微分系数，将上述系数发送至第一pid控制器；第一pid控制器根据位移误差、第一比例系数、第一积分系数和第一微分系数获得导管轴向运动位移的控制信号，并将控制信号发送至第一电机4进行位移补偿；第一电机4控制导管的轴向运动，第一编码器用于采集第一电机4的转动圈数，并将其转化成导管的轴向位移值，并将采集的数据发送至第一控制器中；第一电机4工作时，第一pid控制器同时会控制夹紧气缸21工作，通过夹紧机构将导管100夹紧，确保导管100能够准确地运动。

第二控制器用于将期望旋转角度值与实际导管旋转角度值相减，将获得的旋转角度误差分别发送至控制器内部的第二模糊控制器和第二pid控制器内，同时将旋转角度误差的微分值发送至第二模糊控制器内；第二模糊控制器通过模糊推理，得到第二比例系数、第二积分系数和第二微分系数，将上述系数发送至第二pid控制器；第二pid控制器根据旋转角度误差、第二比例系数、第二积分系数和第二微分系数获得导管旋转角度的控制信号，并将控制信号发送至第二电机8进行旋转角度补偿；第二电机8控制导管的旋转运动，第二编码器用于采集第二电机8的转动圈数，并将其转化成导管的旋转角度，并将采集的数据发送至第二控制器中；第二电机8工作时，第一pid控制器同时会控制夹紧气缸21工作，通过夹紧机构将导管100夹紧，确保导管100能够准确地运动。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。