一种介入机器人仿生力反馈主端操作装置的制作方法

本发明涉及微创血管介入手术用的医疗器械，更具体的说是涉及一种介入机器人仿生力反馈主端操作装置。

背景技术：

1、

2、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，它和传统外科手术相比，有着切口小、术后恢复时间短等明显优势。心脑血管介入手术是由医生手动将导管、导丝以及支架等器械送入病患体内来完成治疗的过程。

3、介入手术存在以下2点问题，第一，在手术过程中，由于dsa会发出x射线，医生体力下降较快，注意力及稳定性也会下降，将导致操作精度下降，易发生因推送力不当引起的血管内膜损伤、血管穿孔破裂等事故，导致病人生命危险；第二，长期电离辐射的积累伤害会大幅地增加医生患白血病、癌症以及急性白内障的几率，医生因为做介入手术而不断积累射线的现象，已经成为损害医生职业生命、制约介入手术发展不可忽视的问题。通过借助机器人技术能够有效应对上述问题，还可以大幅提高手术操作的精度与稳定性，同时能够有效降低放射线对介入医生的伤害，降低术中事故的发生几率。

4、目前，医生在使用机器人手术中，通过在手术室外操作机器人主端操作装置来控制机器人从端装置进行手术操作。但是，对于介入手术机器人主端操作装置中存在如下几个方面的问题：（1）缺少对导丝、导管、球囊支架在控制时的触觉阻力反馈装置，医生在手术过程中无法感受到导丝端、导管端和支架端推送时的实时阻力情况，无法保证在操作介入机器人时的安全；（2）部分医生对受力感知不灵敏，对于变化较小的力无法准确感受，可能造成手术中判断失误；（3）导丝、导管、支架的控制方式和医生现有操作差异较大，难以让医生适应，也难以让医生在应用现有的手术操作经验，学习时间长。

5、因此，如何提供一种能够根据机器人从端装置发出的反馈信息，自动调节导管端、导丝端、球囊支架端在推送中的阻力，从而让医生能在第一时间感受到导管、导丝、支架在移动中的受力变化，做出更加安全和准确的操作动作；并且还能够让对受力感知不明显的医生也能感受到微小力的变化；同时，操作结构形式采用和医生实际手术相同的控制方式，使得医生更容易上手，操作更加简单，使用更方便的介入机器人仿生力反馈主端操作装置以解决上述技术问题的是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、

2、有鉴于此，本发明提供了一种用于机器人介入手术中，医生在手术室外对手术室内的导管和导丝的推送和旋转进行控制，对球囊支架的推送进行控制，并能够通过主端操作装置发出控制指令，控制机器人的从端装置推动导管、导丝、支架等进入患者体内，从而实现介入手术造影和治疗的目的的介入机器人仿生力反馈主端操作装置。该装置能够根据机器人从端装置发出的反馈信息，自动调节导管端、导丝端、球囊支架端在推送中的阻力，从而让医生能在第一时间感受到导管、导丝、支架在移动中的受力变化，做出更加安全和准确的操作动作；并且还能够让对受力感知不明显的医生也能感受到微小力的变化；同时，主端的操作结构形式采用和医生实际手术相同的控制方式，使得医生更容易上手，操作更加简单，使用更方便。

3、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

4、一种介入机器人仿生力反馈主端操作装置，包括：

5、底板；

6、导丝力反馈推杆装置，所述导丝力反馈推杆装置包括：均可移动的设置在所述底板顶端上的推杆操作机构和推杆触觉阻力反馈机构，所述推杆操作机构上设有可转动的推杆，所述推杆触觉阻力反馈机构通过可移动的导丝力触觉阻力拉簧与所述推杆操作机构连接；

7、导管力反馈推杆装置，所述导管力反馈推杆装置安装在所述底板顶端上，且与所述导丝力反馈推杆装置间隔布置，所述导管力反馈推杆装置和所述导丝力反馈推杆装置结构相同；

8、球囊支架力反馈摇杆装置，所述球囊支架力反馈摇杆装置包括：均安装在所述底板顶端上的摇杆操作机构和摇杆触觉阻力反馈机构，所述摇杆操作机构和所述摇杆触觉阻力反馈机构均位于所述导丝力反馈推杆装置和所述导管力反馈推杆装置之间，所述摇杆操作机构上设有可左右移动的摇杆，所述摇杆触觉阻力反馈机构通过可移动的支架力触觉阻力拉簧与所述摇杆连接；

9、控制器，所述控制器均与所述推杆操作机构、所述推杆触觉阻力反馈机构、所述摇杆操作机构和所述摇杆触觉阻力反馈机构电连接。

10、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种介入机器人仿生力反馈主端操作装置，控制器在接收到机器人从端装置发来的受力反馈信息后，根据导丝力触觉阻力拉簧、支架力触觉阻力拉簧的弹性系数，经过计算得到一个合适的阻力对应的弹簧位置信息，然后分别控制推杆触觉阻力反馈机构、摇杆触觉阻力反馈机构带动导丝力触觉阻力拉簧、支架力触觉阻力拉簧移动，从而改变医生对操作推杆和摇杆时的受力大小，从而让医生感受到阻力的变化。并且控制器可以根据医生设定，对施加的阻力进行成比例的放大，让医生能够更加明显的感受到阻力的变化，从而能做出更准确的判断。

11、进一步的，所述推杆操作机构包括：

12、第一直线导轨，所述第一直线导轨底端固定在所述底板顶端上，所述第一直线导轨上滑动连接有第一滑块；

13、第一连接板，所述第一连接板固定在所述第一滑块的顶端；

14、第一支架，所述第一支架固定在所述第一连接板顶端，所述第一支架与所述导丝力触觉阻力拉簧连接，所述第一支架顶部安装有可转动的所述推杆，所述推杆一端安装有第一齿轮；

15、编码器，所述编码器安装在所述第一支架上，所述编码器的旋转端固定有第二齿轮，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合连接，所述编码器与所述控制器电连接；

16、加速度传感器，所述加速度传感器安装在所述第一支架上，所述加速度传感器与所述控制器电连接。

17、采用上述技术方案产生的有益效果是：当医生旋转推杆时，转动的推杆带动第一齿轮转动，第一齿轮带动第二齿轮转动，进而使得编码器能够采集到推杆的旋转角度，即编码器采集的角度变化即为导丝旋转的角度值，最后控制器根据编码器采集的角度信息将控制指令发送到从端推进机构上来实现对导丝的旋转动作。加速度传感器可用于采集推杆在移动过程中的位置变化信息，控制器根据位置信息来计算导丝的移动速度和移动方向，并通过控制器同步控制从端导丝推进机构实现导丝的位置移动。

18、进一步的，所述第一支架与所述推杆之间设有轴承。

19、采用上述技术方案产生的有益效果是：提高推杆转动的顺畅性。

20、进一步的，所述导丝力触觉阻力拉簧包括第一导丝力触觉阻力拉簧和第二导丝力触觉阻力拉簧，所述第一支架上固定有第一连接柱和第二连接柱，所述推杆触觉阻力反馈机构包括：

21、第二直线导轨，所述第二直线导轨底端固定在所述底板顶端上，所述第二直线导轨上间隔滑动连接有第二滑块和第三滑块；

22、第二连接板，所述第二连接板与所述第二滑块固定连接，所述第二连接板顶端固定有第三连接柱，所述第一导丝力触觉阻力拉簧的两端分别与所述第三连接柱和所述第一连接柱连接，所述第三连接柱的柱壁上固定有第一驱动板；

23、第三连接板，所述第三连接板与所述第三滑块固定连接，所述第三连接板顶端固定有第四连接柱，所述第二导丝力触觉阻力拉簧的两端分别与所述第四连接柱和所述第二连接柱连接，所述第四连接柱的柱壁上固定有第二驱动板；

24、第一伺服电机，所述第一伺服电机固定在所述底板顶端上，所述第一伺服电机与所述控制器电连接，所述第一伺服电机的驱动端固定有第一丝杆，所述第一丝杆与所述第一驱动板上的第一螺纹孔螺纹连接；

25、第二伺服电机，所述第二伺服电机固定在所述底板顶端上，所述第二伺服电机与所述控制器电连接，所述第二伺服电机的驱动端的方向与所述第一伺服电机的驱动端的方向相对布置，所述第二伺服电机的驱动端固定有第二丝杆，所述第二丝杆与所述第二驱动板上的第二螺纹孔螺纹连接。

26、采用上述技术方案产生的有益效果是：在第一伺服电机和第二伺服电机的带动下，可以使得第二连接板和第三连接板进行左右移动，进而带动第一导丝力触觉阻力拉簧和第二导丝力触觉阻力拉簧伸长或压缩（也就是与第三连接柱相连接的第一导丝力触觉阻力拉簧的终端位置以及与第四连接柱相连接的第二导丝力触觉阻力拉簧的终端位置发生变化）。即当控制器检测到从端装置发出的导丝阻力变化信号为零时，第一伺服电机和第二伺服电机控制第二连接板和第三连接板处于相对固定的位置上，此时推杆不受第一导丝力触觉阻力拉簧和第二导丝力触觉阻力拉簧的作用，即受力为零。具体的，当医生推动推杆进行左右移动时，加速度传感器检测到推杆位置变化后，计算出推动的方向和推动速度，转化为从端装置（可以是用于驱动导丝移动的电机）的运动指令控制导丝移动。当医生停止推动推杆后，在第一导丝力触觉阻力拉簧和第二导丝力触觉阻力拉簧的作用下，推杆能够自动回归复位；当从端装置发出的阻力变化信号不为零时，控制器会计算出阻力的数值，然后来调节第一导丝力触觉阻力拉簧和第二导丝力触觉阻力拉簧的终端位置发生变化，例如，当控制器收到从端导丝前进阻力为1n时，控制器自动控制第一伺服电机上的第一丝杆转动，带动第二连接板向右移动1cm，这样医生就会感觉到推动推杆时的阻力变大，从而感受到力的变化，当医生松开推杆，第一伺服电机会自动转动，带动第二连接板退回到初始位置上；当收到从端导丝后退阻力为1n时，控制器自动控制第二伺服电机上的第二丝杆转动，带动第三连接板向左移动1cm，这样医生就会感觉到后退导丝时的阻力变大，从而感受到力的变化，当医生松开推杆，第二伺服电机会自动转动，带动第三连接板退回到初始位置上。因导管力反馈推杆装置与导丝力反馈推杆装置结构相同，因此，导管的推动和后退的阻力反馈原理跟上述的导丝的推动和后退的阻力反馈原理相同，在此不再详细论述。并且，本发明中对推杆的旋转和推送的操作方式与医生实际手术相同的控制方式相同，使得医生更容易上手，操作更加简单，使用更方便。

27、进一步的，所述第一伺服电机和所述第二伺服电机分别通过第一电机支架固定在所述底板顶端上。

28、采用上述技术方案产生的有益效果是：便于第一伺服电机和所述第二伺服电机的安装。

29、进一步的，所述摇杆操作机构包括：

30、摇杆支架，所述摇杆支架固定在所述底板顶端，所述摇杆支架上安装有所述摇杆，所述摇杆与所述控制器电连接；

31、把手，所述把手安装在所述摇杆的驱动端上。

32、采用上述技术方案产生的有益效果是：球囊支架的操作只涉及到前后移动，使用把手带动摇杆左右推送的方式，通过摇杆来进行对支架移动方向和移动速度的实时控制，并且摇杆左右摆动的操作方式与医生实际手术相同的控制方式相同，使得医生更容易上手，操作更加简单，使用更方便。

33、进一步的，所述支架力触觉阻力拉簧包括：第一支架力触觉阻力拉簧和第二支架力触觉阻力拉簧，所述摇杆的驱动端壁上连接有第五连接柱和第六连接柱，所述摇杆触觉阻力反馈机构包括：

34、第三直线导轨，所述第三直线导轨底端固定在所述底板顶端上，所述第三直线导轨上间隔滑动连接有第四滑块和第五滑块；

35、第四连接板，所述第四连接板与所述第四滑块固定连接，所述第四连接板顶端固定有第七连接柱，所述第一支架力触觉阻力拉簧的两端分别与所述第七连接柱和所述第五连接柱连接，所述第七连接柱的柱壁上固定有第三驱动板；

36、第五连接板，所述第五连接板与所述第五滑块固定连接，所述第五连接板顶端固定有第八连接柱，所述第二支架力触觉阻力拉簧的两端分别与所述第八连接柱和所述第六连接柱连接，所述第八连接柱的柱壁上固定有第四驱动板；

37、第三伺服电机，所述第三伺服电机固定在所述底板顶端上，所述第三伺服电机与所述控制器电连接，所述第三伺服电机的驱动端固定有第三丝杆，所述第三丝杆与所述第三驱动板上的第三螺纹孔螺纹连接；

38、第四伺服电机，所述第四伺服电机固定在所述底板顶端上，所述第四伺服电机与所述控制器电连接，所述第四伺服电机的驱动端的方向与所述第三伺服电机的驱动端的方向相对布置，所述第四伺服电机的驱动端固定有第四丝杆，所述第四丝杆与所述第四驱动板上的第四螺纹孔螺纹连接。

39、采用上述技术方案产生的有益效果是：在第三伺服电机和第四伺服电机的带动下，可以使得第四连接板和第五连接板进行左右移动，进而带动第一支架力触觉阻力拉簧和第二支架力触觉阻力拉簧伸长或压缩（也就是与第七连接柱相连接的第一支架力触觉阻力拉簧的终端位置以及与第八连接柱相连接的第二支架力触觉阻力拉簧的终端位置发生变化）。即当控制器检测到从端装置发出的支架阻力变化信号为零时，第三伺服电机和第四伺服电机控制第四连接板和第五连接板移动，使得摇杆不受第一支架力触觉阻力拉簧和第二支架力触觉阻力拉簧的作用，即受力为零。具体的，当医生通过把手推动摇杆进行左右移动时，摇杆将其移动方向和移动速度发至控制器，控制器控制从端装置（可以是用于驱动支架移动的电机）的运动指令控制支架的前后移动。当医生停止推动摇杆后，在第一支架力触觉阻力拉簧和第二支架力触觉阻力拉簧的作用下，摇杆能够自动回归复位；当从端装置发出的支架阻力变化信号不为零时，控制器会计算出阻力的数值，然后来调节第一支架力触觉阻力拉簧和第二支架力触觉阻力拉簧的终端位置发生变化，例如，当控制器收到支架前进阻力为1n时，控制器自动控制第三伺服电机上的第三丝杆转动，带动第四连接板向右移动1cm，这样医生就会感觉到推动摇杆时的阻力变大，从而感受到力的变化，当医生松开推杆，第三伺服电机会自动转动，带动第四连接板退回到初始位置上；当收到支架后退阻力为1n时，控制器自动控制第四伺服电机上的第四丝杆转动，带动第五连接板向左移动1cm，这样医生就会感觉到后退摇杆时的阻力变大，从而感受到力的变化，当医生松开摇杆，第四伺服电机会自动转动，带动第五连接板退回到初始位置上。

40、进一步的，所述第三伺服电机和所述第四伺服电机分别通过第二电机支架固定在所述底板顶端上。

41、采用上述技术方案产生的有益效果是：便于第三伺服电机和第四伺服电机的安装。

42、进一步的，所述把手外表面上具有摩擦纹结构。

43、采用上述技术方案产生的有益效果是：提高医生握持把手的摩擦力，避免手部从把手上滑脱而影响对摇杆的操作。

44、进一步的，所述底板上安装有急停开关，所述急停开关与所述控制器电连接。

45、采用上述技术方案产生的有益效果是：在手术过程中，当出现紧急意外情况时，能够及时通过急停开关关闭介入手术机器人，避免发生意外。