一种导管导丝双指操作器及其安全操作方法技术

本发明专利技术公开了一种导管导丝双指操作器及其安全操作方法，该双指操作器包括主端基座以及固定安装于主端基座的食指组件、拇指组件和SEA组件；主端基座用于固定连接于机械臂末端；食指组件与拇指组件用于通过相对运动实现对导丝或导管的夹持、旋捻、伸取操作，并用于实现递送力的测量和感知导丝、导管在食指组件与拇指组件之间的滑动状态；SEA组件用于食指组件和拇指组件之间夹持力的测量与闭环控制。上述双指操作器可以实现导丝导管的夹持、旋捻、递送及夹持力闭环控制功能，实现递送力的精准测量及器械在指间滑动状态的感知，在满足完成当前任务的递送力需求的情况下还可以实时截止异常递送力的增大，保证手术安全。保证手术安全。保证手术安全。

【技术实现步骤摘要】
一种导管导丝双指操作器及其安全操作方法


[0001]本专利技术涉及手术机器人
，具体涉及一种导管导丝双指操作器及其安全操作方法。

技术介绍

[0002]心血管疾病极大地威胁着人类的健康。根据世界卫生组织发布的《2022世界卫生报告》统计数据，2019年较2000年世界上心脑血管疾病(CVD)死亡人数增加了25.1％。在过去的20年中(2000
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2019年)，心脑血管疾病一直是全球首要死亡原因，心脏病依然是“头号杀手”，且发病率仍处于快速上升趋势。
[0003]PCI(Percutaneous Coronary Intervention，经皮冠状动脉介入治疗)因其创伤小、术后恢复快等优点成为治疗心血管疾病的主要手段之一。但是，介入手术过程会产生X射线辐射，对医生健康造成累积伤害。血管介入手术机器人以其主从远程操作的特性规避了上述弊端。医生可以在手术室外利用主从式血管介入手术机器人的主端操作器控制手术室内的从端手术机器人进行远程手术，隔绝了手术室内的辐射，保护了医生的身体健康。但是，现有的主端操作器往往与真实的手术器械不同，导致医生难以准确感知器械操作状态，从而影响医生依靠自身手术经验对手术的决策，导致手术安全性降低。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种导管导丝双指操作器及其安全操作方法，该双指操作器可以实现导丝导管的夹持、旋捻、递送及夹持力闭环控制功能，实现递送力的精准测量及器械在指间滑动状态的感知，在满足完成当前任务的递送力需求的情况下还可以实时截止异常递送力的增大，保证手术安全。
[0005]本专利技术采用以下具体技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种导管导丝双指操作器，该双指操作器包括主端基座、食指组件、拇指组件以及SEA(Series Elastic Actuator，弹性串联驱动器)组件；
[0007]所述主端基座用于固定连接于机械臂的末端；
[0008]所述食指组件、所述拇指组件以及所述SEA组件均固定安装于所述主端基座；
[0009]所述食指组件与所述拇指组件用于通过相对运动实现对导丝或导管的夹持、旋捻、伸取操作，并用于实现递送力的测量和感知导丝、导管在所述食指组件与所述拇指组件之间的滑动状态；
[0010]所述SEA组件用于所述食指组件和所述拇指组件之间夹持力的测量与闭环控制。
[0011]更进一步地，所述食指组件包括食指电机、食指第一锥齿轮、食指第一连杆组件、食指工作连杆组件、食指第二连杆组件、食指编码器基座、食指第二锥齿轮以及食指编码器；
[0012]所述食指电机固定连接于所述主端基座；
[0013]所述食指第一锥齿轮与所述食指电机的输出轴同轴固连；
[0014]所述食指第一连杆组件的一端转动连接于所述主端基座并与所述食指第一锥齿轮啮合，另一端与所述食指工作连杆组件的中部转动连接；
[0015]所述食指工作连杆组件的一端与所述食指第二连杆组件的一端转动连接，另一端与导丝相切；
[0016]所述食指第二连杆组件的另一端与所述主端基座转动连接，并通过所述食指第二锥齿轮与所述食指编码器传动连接；
[0017]所述食指编码器固定连接于所述主端基座；
[0018]所述主端基座、所述食指第一连杆组件、所述食指第二连杆组件及所述食指工作连杆组件形成平行四边形机构。
[0019]更进一步地，所述拇指组件包括拇指电机、拇指第一锥齿轮、拇指第一连杆组件、拇指工作连杆组件、拇指第二连杆组件、拇指第二锥齿轮、拇指编码器、拇指编码器基座以及导轨组件；
[0020]所述拇指电机固定连接于所述拇指编码器基座；
[0021]所述拇指第一锥齿轮与所述拇指电机的输出轴同轴固连；
[0022]所述拇指第一连杆组件的一端与所述拇指编码器基座转动连接，并与所述拇指第一锥齿轮啮合；
[0023]所述拇指工作连杆组件的一端与所述拇指第一连杆组件转动连接，中部与所述拇指第二连杆组件的一端转动连接，并且另一端与导丝相切；
[0024]所述拇指第二连杆组件的另一端与所述拇指编码器基座转动连接；
[0025]所述拇指第二锥齿轮与所述拇指第二连杆组件的另一端啮合，并与拇指编码器输出轴同轴固连；
[0026]所述拇指编码器通过螺钉与所述拇指编码器基座固连；
[0027]所述拇指编码器基座通过所述导轨组件与所述主端基座滑动连接，滑动方向与所述拇指工作连杆组件的两个转动副轴所在的平面垂直；
[0028]所述拇指编码器基座、所述拇指第一连杆组件、所述拇指第二连杆组件及所述拇指工作连杆组件组成平行四边形机构，并与所述食指组件的平行四边形机构全等。
[0029]更进一步地，所述SEA组件包括SEA电机、SEA第一齿轮、SEA第一齿条、SEA弹簧顶板、SEA弹簧、SEA第二齿条、SEA第二齿轮及SEA编码器；
[0030]所述SEA电机固定连接于所述主端基座；
[0031]所述SEA第一齿轮与所述SEA电机的输出轴同轴固连；
[0032]所述SEA第一齿条通过所述导轨组件与所述主端基座滑动连接，并与所述SEA第一齿轮啮合；
[0033]所述SEA弹簧顶板与所述SEA第一齿条通过螺钉固连；
[0034]所述SEA弹簧套入所述拇指编码器基座的伸出轴上且两端面分别顶在所述拇指编码器基座及所述SEA弹簧顶板上；
[0035]所述SEA第二齿条与所述拇指编码器基座通过螺钉固连；
[0036]所述SEA第二齿轮与所述SEA第二齿条啮合，并与所述SEA编码器同轴固连；
[0037]所述SEA编码器固定连接于所述SEA第一齿条；
[0038]所述导轨组件为双滑块直线导轨，所述SEA第一齿条固连于所述导轨组件的一个
滑块上，所述拇指编码器基座固连于所述导轨组件的另一个滑块上。
[0039]更进一步地，所述食指第一连杆组件包括第一法兰轴承、第一轴承端盖、两个食指铰制孔螺栓、第一轴承套筒、食指锥齿轮连杆、食指螺母、第二法兰轴承、第二轴承端盖及第二轴承套筒；
[0040]所述第一法兰轴承的外圈与所述主端基座的安装孔过渡配合，外圈的两侧端面分别与所述主端基座及所述第一轴承端盖配合；
[0041]所述第一轴承端盖与所述主端基座通过螺栓固连，用于实现所述第一法兰轴承在所述主端基座的轴向限位；
[0042]一个食指铰制孔螺栓的光杆部分与所述第一法兰轴承的内圈及所述食指锥齿轮连杆的连接孔同轴过渡配合；
[0043]所述食指锥齿轮连杆沿水平方向延伸，一端通过一个食指铰制孔螺栓、所述第一轴承套筒和所述食指螺母固定连接于所述第一法兰轴承的内圈，用于实现所述食指锥齿轮连杆的一端通过所述第一法兰轴承与所述主端基座转动连接；
[0044]所述第二法兰轴承的外圈与所述食指锥齿轮连杆另一端的连接孔过渡配合，外圈的两侧端面分别与所述食指锥齿轮连杆及所述第二轴承端盖配合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导管导丝双指操作器，其特征在于，包括主端基座、食指组件、拇指组件以及SEA组件；所述主端基座用于固定连接于机械臂的末端；所述食指组件、所述拇指组件以及所述SEA组件均固定安装于所述主端基座；所述食指组件与所述拇指组件用于通过相对运动实现对导丝或导管的夹持、旋捻、伸取操作，并用于实现递送力的测量和感知导丝、导管在所述食指组件与所述拇指组件之间的滑动状态；所述SEA组件用于所述食指组件和所述拇指组件之间夹持力的测量与闭环控制。2.如权利要求1所述的双指操作器，其特征在于，所述食指组件包括食指电机、食指第一锥齿轮、食指第一连杆组件、食指工作连杆组件、食指第二连杆组件、食指编码器基座、食指第二锥齿轮以及食指编码器；所述食指电机固定连接于所述主端基座；所述食指第一锥齿轮与所述食指电机的输出轴同轴固联；所述食指第一连杆组件的一端转动连接于所述主端基座并与所述食指第一锥齿轮啮合，另一端与所述食指工作连杆组件的中部转动连接；所述食指工作连杆组件的一端与所述食指第二连杆组件的一端转动连接，另一端与导丝相切；所述食指第二连杆组件的另一端与所述主端基座转动连接，并通过所述食指第二锥齿轮与所述食指编码器传动连接；所述食指编码器固定连接于所述主端基座；所述主端基座、所述食指第一连杆组件、所述食指第二连杆组件及所述食指工作连杆组件形成平行四边形机构。3.如权利要求2所述的双指操作器，其特征在于，所述拇指组件包括拇指电机、拇指第一锥齿轮、拇指第一连杆组件、拇指工作连杆组件、拇指第二连杆组件、拇指第二锥齿轮、拇指编码器、拇指编码器基座以及导轨组件；所述拇指电机固定连接于所述拇指编码器基座；所述拇指第一锥齿轮与所述拇指电机的输出轴同轴固联；所述拇指第一连杆组件的一端与所述拇指编码器基座转动连接，并与所述拇指第一锥齿轮啮合；所述拇指工作连杆组件的一端与所述拇指第一连杆组件转动连接，中部与所述拇指第二连杆组件的一端转动连接，并且另一端与导丝相切；所述拇指第二连杆组件的另一端与所述拇指编码器基座转动连接；所述拇指第二锥齿轮与所述拇指第二连杆组件的另一端啮合，并与拇指编码器输出轴同轴固联；所述拇指编码器通过螺钉与所述拇指编码器基座固连；所述拇指编码器基座通过所述导轨组件与所述主端基座滑动连接，滑动方向与所述拇指工作连杆组件的两个转动副轴所在的平面垂直；所述拇指编码器基座、所述拇指第一连杆组件、所述拇指第二连杆组件及所述拇指工作连杆组件组成平行四边形机构，并与所述食指组件的平行四边形机构全等。
4.如权利要求3所述的双指操作器，其特征在于，所述SEA组件包括SEA电机、SEA第一齿轮、SEA第一齿条、SEA弹簧顶板、SEA弹簧、SEA第二齿条、SEA第二齿轮及SEA编码器；所述SEA电机固定连接于所述主端基座；所述SEA第一齿轮与所述SEA电机的输出轴同轴固连；所述SEA第一齿条通过所述导轨组件与所述主端基座滑动连接，并与所述SEA第一齿轮啮合；所述SEA弹簧顶板与所述SEA第一齿条通过螺钉固连；所述SEA弹簧套入所述拇指编码器基座的伸出轴上且两端面分别顶在所述拇指编码器基座及所述SEA弹簧顶板上；所述SEA第二齿条与所述拇指编码器基座通过螺钉固连；所述SEA第二齿轮与所述SEA第二齿条啮合，并与所述SEA编码器同轴固连；所述SEA编码器固定连接于所述SEA第一齿条；所述导轨组件为双滑块直线导轨，所述SEA第一齿条固连于所述导轨组件的一个滑块上，所述拇指编码器基座固连于所述导轨组件的另一个滑块上。5.如权利要求4所述的双指操作器，其特征在于，所述食指第一连杆组件包括第一法兰轴承、第一轴承端盖、两个食指铰制孔螺栓、第一轴承套筒、食指锥齿轮连杆、食指螺母、第二法兰轴承、第二轴承端盖及第二轴承套筒；所述第一法兰轴承的外圈与所述主端基座的安装孔过渡配合，外圈的两侧端面分别与所述主端基座及所述第一轴承端盖配合；所述第一轴承端盖与所述主端基座通过螺栓固连，用于实现所述第一法兰轴承在所述主端基座的轴向限位；一个食指铰制孔螺栓的光杆部分与所述第一法兰轴承的内圈及所述食指锥齿轮连杆的连接孔同轴过渡配合；所述食指锥齿轮连杆沿水平方向延伸，一端通过一个食指铰制孔螺栓、所述第一轴承套筒和所述食指螺母固定连接于所述第一法兰轴承的内圈，用于实现所述食指锥齿轮连杆的一端通过所述第一法兰轴承与所述主端基座转动连接；所述第二法兰轴承的外圈与所述食指锥齿轮连杆另一端的连接孔过渡配合，外圈的两侧端面分别与所述食指锥齿轮连杆及所述第二轴承端盖配合，所述第二轴承端盖通过螺栓固定连接于所述食指锥齿轮连杆，用于实现所述第二法兰轴承的轴向限位；另一个食指铰制孔螺栓的光杆部分与所述第二法兰轴承的内圈及所述食指工作连杆组件一端的连接孔同轴过渡配合；所述食指锥齿轮连杆的另一端通过另一个食指铰制孔螺栓、所述第二轴承套筒及所述食指螺母固定连接于所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭书祥，闫勇敢，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：