本发明专利技术公开了一种运动控制信息流直接传递的血管介入手术机器人执行器，包括导丝/导管旋转器、导丝/导管直线运动器和六自由度力传感器，其中，导丝/导管旋转器用于接收遥控系统发出的旋转遥控指令，以对固定在导丝/导管旋转器上的导丝/导管进行旋转；导丝/导管直线运动器用于接收遥控系统发出的直线运动遥控指令，以对安装在导丝/导管直线运动器上的导丝/导管旋转器进行直线移动，从而带动导丝/导管直线移动；六自由度力传感器用于检测导丝/导管在旋转或直线运动中受到的阻力，并产生力信号反馈给遥控系统，以使遥控系统根据力信号和实测端点位置进行运动规划与运动分解。该执行器手术操作可靠安全且准确，可以提高手术质量。
A Robot Actuator for Vascular Intervention Surgery with Direct Transfer of Motion Control Information Flow
【技术实现步骤摘要】
运动控制信息流直接传递的血管介入手术机器人执行器
本专利技术涉及血管介入手术
，尤其涉及一种运动控制信息流直接传递的血管介入手术机器人执行器。
技术介绍
血管介入手术包括：心血管介入手术、脑血管介入手术、肝脏血管和胆管介入手术、肺管介入手术。血管介入手术的特点是，通过血管这样的自然通道送入医疗器械进行操作，典型操作包括：送入血栓疏通器，取出脑血栓；送入心脏血管支架，撑开堵塞的血管。血管介入手术需要在X光下操作，处于导航的需要，X光及很多时候需要常开，这样导致医生受到X光辐射的剂量大，对生命和健康都带来危害。为此，国内外开展了大量的血管介入手术机器人的研究工作，以将医生从X射线辐射下解放出来，并减轻医生的工作强度。血管介入手术的基本操作是向病灶处送导丝或导管，利用导丝或导管送入球囊、血栓疏通器等器械。导丝和导管的基本操作是旋转运动/搓捻运动和直线运动/进给运动，因此，目前开发的手术机器人均具被实现这两种运动的功能。为避免医生收到X射线辐射，均采用遥控方式控制运动控制信息流直接传递的血管介入手术机器人执行器，即医生在远程通过遥控系统生成驱动导丝/导管运动的遥控指令，然后传递给驱动电机，驱动电机经过中间传动环节，将驱动力矩传递给导丝/导管，实现旋转与直线运动。现有设计存在一个共同问题是遥控系统发出的导丝/导管选择控制信息传递路径复杂，中间经历了复杂的齿轮或皮带轮变换，不仅系统结构复杂，而且会因齿轮加工和磨损等问题，以及皮带变形或传动轮出现问题，导致实际的导丝/导管运动和期望的运动产生较大的差异。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种运动控制信息流直接传递的血管介入手术机器人执行器，结构简单且简化了导丝/导管的运动控制信息流、手术操作可靠安全且准确，可以消除手术安全隐患，提高手术质量。根据本专利技术实施例的运动控制信息流直接传递的血管介入手术机器人执行器，包括：导丝/导管旋转器，所述导丝/导管旋转器用于接收遥控系统发出的旋转遥控指令，并根据所述旋转遥控指令，对固定在所述导丝/导管旋转器上的导丝/导管进行旋转；导丝/导管直线运动器，所述导丝/导管直线运动器用于接收所述遥控系统发出的直线运动遥控指令，并根据所述直线运动遥控指令，对安装在所述导丝/导管直线运动器上的所述导丝/导管旋转器进行直线移动，从而带动所述导丝/导管直线移动；六自由度力传感器，所述六自由度力传感器安装在导丝/导管夹持装置的基座上，用于检测所述导丝/导管在旋转运动或直线运动中受到的阻力，并产生力信号反馈给所述遥控系统，以使所述遥控系统根据力信号和实测端点位置的X光图像信号进行运动规划与运动分解。根据本专利技术实施例的运动控制信息流直接传递的血管介入手术机器人执行器，通过导丝/导管旋转器和导丝/导管直线运动器直接驱动导丝/导管做旋转运动和直线运动，抛弃了现有技术的中间复杂的传动机构，不但结构简化，导丝/导管运动控制信息流简单，而且提升了运动控制信息流直接传递的血管介入手术机器人执行器运动控制的可靠安全性。通过六自由度力传感器可以直接获得导丝/导管在旋转运动或直线运动中受到的阻力的力信号，并反馈给遥控系统，以使遥控系统根据力信号和实测端点位置的X光图像信号进行运动规划与运动分解，有利于提高运动控制信息流直接传递的血管介入手术机器人执行器运动控制的准确性。由此，本专利技术实施例的运动控制信息流直接传递的血管介入手术机器人执行器结构简单且简化了导丝/导管的运动控制信息流、手术操作可靠安全且准确，可以消除手术安全隐患，提高手术质量。根据本专利技术的一个实施例，所述导丝/导管旋转器包括旋转驱动力矩电机和旋转数字编码器，所述旋转数字编码器与所述旋转驱动力矩电机相连，用于测量所述旋转驱动力矩电机的转子转动角度和速度并反馈给所述遥控系统，以使所述遥控系统将接收的转动角度和速度信息与输出的旋转遥控指令对比，以对旋转遥控指令修正。根据本专利技术进一步的实施例，所述转子通过所述六自由度力传感器与所述导丝/导管夹持装置连接。根据本专利技术的一个实施例，所述导丝/导管夹持装置为锥形分瓣式夹持装置，并采用电控方式锁定或松开。根据本专利技术的一些实施例，所述导丝/导管直线运动器包括直线运动驱动电机组件、滑动平台和直线运动传感器，所述导丝/导管旋转器固定在所述滑动平台上，所述直线运动驱动电机组件驱动所述滑动平台做直线运动，所述直线运动传感器测量所述滑动平台运行行程并反馈给所述遥控系统，以使所述遥控系统将接收的所述滑动平台的运行行程信息与输出的直线运动遥控指令对比，以对直线运动遥控指令修正。根据本专利技术进一步的实施例，所述直线运动驱动电机组件包括直线运动驱动电机和滑动支撑导轨，所述滑动平台安装在所述滑动支撑导轨上，所述滑动平台在所述直线运动驱动电机的驱动下沿所述滑动支撑导轨做直线运动。根据本专利技术再进一步的实施例，还包括机械臂，所述机械臂与所述滑动支撑导轨相连，以驱动所述滑动支撑导轨做直线运动。根据本专利技术再进一步的实施例，所述滑动支撑导轨的两端分别安装有行程开关，当所述滑动平台碰到所述行程开关时，所述行程开关发出行程信号给所述遥控系统。根据本专利技术进一步的实施例，所述导丝/导管旋转器包括导管旋转器和导丝旋转器，所述导管旋转器位于所述导丝旋转器之前，所述导丝经过Y阀控制器穿过所述导管；相应地，所述导丝/导管直线运动器包括两个所述直线运动驱动电机组件、两个所述滑动平台和两个所述直线运动传感器，两个所述直线运动驱动电机组件分别相应一一对应地驱动两个所述滑动平台做直线运动，两个所述滑动平台分别固定安装所述导管旋转器和所述导丝旋转器，两个所述直线运动传感器分别相应一一对应地测量两个所述滑动平台运行行程并反馈给所述遥控系统。根据本专利技术进一步的实施例，所述六自由度力传感器用于测量三个垂直方向上的力和围绕所述三个垂直方向上的三个轴转动的力矩；当所述六自由度力传感器具有中孔时，所述中孔的轴线与所述导丝/导管夹持器的中心轴线重合；或当所述六自由度力传感器无孔时，所述六自由度力传感器偏置安装在转接结构上，所述转接结构的中心容许所述导丝/导管通过，所述转接结构上在与所述六自由度力传感器对称的位置处安装质量块，以平衡因转动产生的离心力；或当所述六自由度力传感器无孔时，两个所述六自由度力传感器对称地偏置安装在转接结构上，以起到对力信号共模抑制作用。根据本专利技术进一步的实施例，所述六自由度力传感器检测到的力信号经由导电环传递到力传感器信号采集器上。根据本专利技术进一步实施例，还包括空心管，所述空心管从所述运动控制信息流直接传递的血管介入手术机器人执行器的最后端直至最前端贯穿通过，并与所述导丝/导管夹持装置相连接，所述导丝/导管从所述空心管中穿过。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本专利技术实施例的运动控制信息流直接传递的血管介入手术机器人执行器的原理示意图之一；图2是本专利技术实施例的运动控制信息流直接传递的血管介入手术机器人执行器的原理示意图之二；图3是本专利技术实施例的运动控制信息流直接传递的血管介入手术机器人执行本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种运动控制信息流直接传递的血管介入手术机器人执行器，其特征在于，包括：导丝/导管旋转器，所述导丝/导管旋转器用于接收遥控系统发出的旋转遥控指令，并根据所述旋转遥控指令，对固定在所述导丝/导管旋转器上的导丝/导管进行旋转；导丝/导管直线运动器，所述导丝/导管直线运动器用于接收所述遥控系统发出的直线运动遥控指令，并根据所述直线运动遥控指令，对安装在所述导丝/导管直线运动器上的所述导丝/导管旋转器进行直线移动，从而带动所述导丝/导管直线移动；六自由度力传感器，所述六自由度力传感器安装在导丝/导管夹持装置的基座上，用于检测所述导丝/导管在旋转运动或直线运动中受到的阻力，并产生力信号反馈给所述遥控系统，以使所述遥控系统根据力信号和实测端点位置的X光图像信号进行运动规划与运动分解。
【技术特征摘要】
1.一种运动控制信息流直接传递的血管介入手术机器人执行器，其特征在于，包括：导丝/导管旋转器，所述导丝/导管旋转器用于接收遥控系统发出的旋转遥控指令，并根据所述旋转遥控指令，对固定在所述导丝/导管旋转器上的导丝/导管进行旋转；导丝/导管直线运动器，所述导丝/导管直线运动器用于接收所述遥控系统发出的直线运动遥控指令，并根据所述直线运动遥控指令，对安装在所述导丝/导管直线运动器上的所述导丝/导管旋转器进行直线移动，从而带动所述导丝/导管直线移动；六自由度力传感器，所述六自由度力传感器安装在导丝/导管夹持装置的基座上，用于检测所述导丝/导管在旋转运动或直线运动中受到的阻力，并产生力信号反馈给所述遥控系统，以使所述遥控系统根据力信号和实测端点位置的X光图像信号进行运动规划与运动分解。2.根据权利要求1所述的运动控制信息流直接传递的血管介入手术机器人执行器，其特征在于，所述导丝/导管旋转器包括旋转驱动力矩电机和旋转数字编码器，所述旋转数字编码器与所述旋转驱动力矩电机相连，用于测量所述旋转驱动力矩电机的转子转动角度和速度并反馈给所述遥控系统，以使所述遥控系统将接收的转动角度和速度信息与输出的旋转遥控指令对比，以对旋转遥控指令修正。3.根据权利要求2所述的运动控制信息流直接传递的血管介入手术机器人执行器，其特征在于，所述转子通过所述六自由度力传感器与所述导丝/导管夹持装置连接。4.根据权利要求1所述的运动控制信息流直接传递的血管介入手术机器人执行器，其特征在于，所述导丝/导管夹持装置为锥形分瓣式夹持装置，并采用电控方式锁定或松开。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的运动控制信息流直接传递的血管介入手术机器人执行器，其特征在于，所述导丝/导管直线运动器包括直线运动驱动电机组件、滑动平台和直线运动传感器，所述导丝/导管旋转器固定在所述滑动平台上，所述直线运动驱动电机组件驱动所述滑动平台做直线运动，所述直线运动传感器测量所述滑动平台运行行程并反馈给所述遥控系统，以使所述遥控系统将接收的所述滑动平台的运行行程信息与输出的直线运动遥控指令对比，以对直线运动遥控指令修正。6.根据权利要求5所述运动控制信息流直接传递的血管介入手术机器人执行器，其特征在于，所述直线运动驱动电机组件包括直线运动驱动电机和滑动支撑导轨，所述滑动平台安装在所述滑动支撑导轨上，所述滑动平台在...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄立昊，李奇钟，胡昌平，雷沛东，郑钢铁，张萍，周博达，周杰，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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