一种用于经由线缆驱动装置以两维的方式对诸如介入装置的装置进行致动和控制的机构。该机构可以包括多个弹簧加载的凸轮从动件和用作凸轮的锥形的控制表面。锥形凸轮的平移导致凸轮从动件的垂直线性运动。在线缆从一个端部联接至凸轮从动件并在另一端部处连接至感兴趣的装置的情况下，从动件的运动导致线缆位移，该线缆位移导致对介入装置的操纵。可以通过由凸轮确定的比例来对线缆长度进行调节。这允许保持设定的张紧并且同时避免松垂。在一些实施方式中，由此产生的系统可以是实现精确的装置位置控制、位置估计和触觉反馈的完全被动的机构。的机构。的机构。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】线缆驱动式并联操纵器控制机构及相关系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年12月10日提交的标题为“CABLE DRIVEN PARALLEL MANIPULATOR CONTROL MECHANISM AND RELATED SYSTEMS AND METHODS(线缆驱动式并联操纵器控制机构及相关系统和方法)”的美国临时专利申请No.63/123,981的权益，该美国临时专利申请的全部内容通过参引并入本文。
[0003]本公开涉及用于使用线缆或绳及相关系统对装置进行控制和致动的机构。该机构的实施方式具有用于心血管手术所用的介入装置的引导和跟踪的应用。这些实施方式可以涉及对用于心脏介入和血管内介入的诸如导丝、导管、针以及成像装置和消融装置的介入装置的控制和导航。其他实施方式涉及用于远程相机操作应用、连续机器人应用、搜救应用以及受限空间机器人的可引导机器人。
[0004]贯穿本公开及权利要求，对“线缆”的引用应当理解为广泛地指代例如由金属、织物、聚合物或晶体制成的任何类型的绳、线或类似的可操纵部件。
技术介绍
[0005]过去，用于对医疗介入装置中的线缆驱动式设备进行控制的方法通常涉及使用附接至线缆的机动绞盘。这些绞盘可以利用位置和张紧反馈来允许成比例地调节线缆长度，以达到端部执行器在工作空间中的期望位置。这些绞盘还可以用于使线缆保持最佳张紧并避免线缆松垂(失去张紧)。通常地，具有一定数目的线缆的线缆驱动式机构需要使用相等数目的马达来控制端部执行器的位置。对于这种方法，随着线缆数目的增加，所需的致动器的数目也会增加，从而导致用于控制的成本和复杂性的增加。由于所有线缆都直接连接至端部执行器，因此在线缆的相互作用中存在内在的相互依赖性。为了达到所需位置，考虑到相互依赖的运动，马达必须对所有线缆进行调节。另外，这些系统需要包围可用工作空间的框架，以控制线缆的张紧并且实现对端部执行器的引导。例如，可以存在一种由四个线缆驱动的具有二维平面工作空间的线缆驱动式端部执行器。以一个马达缩回线缆的方式移动至任何给定位置可能需要其他三个马达将其对应的线缆释放。如果没有正确地考虑到这一点，线缆张紧的增加可能会损坏系统或者可能影响系统的性能和精度。
[0006]过去，机器人已经被用于线缆驱动式系统。一般来说，许多机器人装置包括主/从系统，其中，“主”表示输入，并且“从”表示输出。在本文档的上下文中，“主”是指操纵线缆的方法，并且“从”是指被控制和被远程操纵的装置。对于直观控制，主部处的输入运动类似于从部处的输出运动是至关重要的。
[0007]对于线缆驱动式系统，线缆可以利用可扩展的结构件作为支承线缆的框架，以用于通过主输入单元的致动来对从装置进行操纵。各种应用需要使用连接至从装置的多个线缆。线缆的机械联接和相互连接需要在输入主单元处对线缆成比例地调节以用于适当地控制和致动从装置。在机动化系统中，该需求可以通过对以期望的张紧调节每个线缆的长度
的马达进行自动化成比例的控制来适应。然而，对于被动系统，需要的解决方案是，其可以考虑到这些线缆的相互依赖性并允许成比例地调节线缆的长度，同时降低系统复杂性。需要的适当的解决方案是，其将允许被动的手动从装置，同时还可以允许用于机动化构型的更简单解决方案。
[0008]因此，期望一种允许以增强的有效性和便利性对所需装置的线缆驱动端部执行器进行控制和致动并且克服过去的限制的改进的设备或解决方案。
技术实现思路
[0009]本文中描述的或以其他方式设想的实施方式大致提供了对诸如介入装置的装置的线缆致动式端部执行器的精确的控制、致动及张紧。本文中公开的实施方式涉及允许同时致动多个相互作用的线缆以对装置在二维平面中的位置进行控制的设备、系统及方法。
[0010]一个实施方式涉及一种提供被动线缆控制的线缆驱动式并联操纵器控制机构。该控制机构包括控制构件、运动台和线缆致动机构。控制构件包括限定有三维轮廓的控制表面。运动台具有至少两个自由度(DOF)并且以可操作的方式联接至控制构件。线缆致动机构定位成低于控制表面并且包括至少一个连接器机构和多个线缆。所述至少一个连接器机构被约束成与控制表面接触。多个线缆各自具有第一端部和第二端部，其中，第一端部连接至所述至少一个连接器机构中的一个连接器机构，并且第二端部提供与受控装置的联接附接。此外，控制构件沿着二维平面的平移使得至少一个连接器垂直于二维平面行进，从而导致线缆位移，该线缆位移将与控制构件的平移成比例地致动受控装置。
[0011]一个实施方式涉及一种对多个线缆进行控制的装置控制机构。该装置控制机构包括具有控制表面的控制构件，该控制表面在控制构件的底部限定了用作凸轮导引表面的三维锥形凹部。装置控制机构包括以可操作的方式联接至控制构件的运动台。装置控制机构还包括多个活塞，所述多个活塞各自包括弹簧和约束成从下方与导引表面接触的滚动件。装置控制机构还包括多个线缆，所述多个线缆各自具有第一端部和第二端部，其中，第一端部连接至多个活塞中的一个活塞，并且第二端部连接至受控的端部执行器、比如介入装置。多个线缆保持张紧并且靠近第一端部和第二端部锚固为对应的多边形形状的顶点。
[0012]在某些实施方式中，系统和方法将结合有控制表面(例如三维圆锥形表面)，控制表面联接至双自由度运动台，以用作用于向系统提供输入的主部侧。在各种实施方式中，每个所包括的线缆的一个端部连接至(例如通过使用弹簧)被约束成与控制表面接触的活塞。线缆的另一端部联接至待被控制的感兴趣的从装置。当控制表面沿着二维平面平移时，活塞垂直于平面行进，从而导致例如将从端部执行器、比如导管的远端梢部致动的线缆位移。这种系统和方法允许使用者直接调节控制表面的位置，这导致经由附接的线缆对导管梢部进行对应的成比例的调节。
[0013]一些实施方式包括一种用于经由线缆驱动机构在两个维度中对介入装置进行致动和控制的机构。该机构包括多个弹簧加载的凸轮从动件和用作凸轮的锥形控制表面。锥形凸轮的双自由度的平移导致凸轮从动件的垂直线性运动。在线缆从一个端部联接至凸轮从动件并在另一端部处联接至感兴趣的装置的情况下，从动件的运动导致线缆位移，该线缆位移最终导致对端部执行器、比如介入装置的操纵。这种方法允许以由凸轮轮廓确定的比例来对线缆长度进行调节，这允许保持设定的张紧并且同时避免松垂。由此产生的系统
可以是实现精确的装置位置控制、位置估计和触觉反馈的完全被动的机构。设想这种装置在介入手术和成像、与连续机器人的结合、远程相机操作、搜救应用以及受限空间机器人中的应用。
[0014]以上概述不旨在描述本公开的主题的每个示出的实施方式或每个实现方式。以下附图和详细描述更具体地例示了各种实施方式。
附图说明
[0015]结合附图考虑各种实施方式的以下详细描述，可以更完全地理解本公开的主题，其中：
[0016]图1为根据实施方式的用于可引导的介入医疗装置的控制机构的等距视图。
[0017]图2为根据实施方式的图1的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种线缆驱动式并联操纵器控制机构，所述线缆驱动式并联操纵器控制机构提供被动线缆控制，所述线缆驱动式并联操纵器控制机构包括：控制构件，所述控制构件具有限定三维轮廓的控制表面；运动台，所述运动台具有至少两个自由度，所述运动台以可操作的方式联接至所述控制构件；线缆致动机构，所述线缆致动机构定位成低于所述控制表面，所述线缆致动机构包括：至少一个连接器机构，所述至少一个连接器机构被约束成与所述控制表面接触；以及多个线缆，所述多个线缆各自具有第一端部和第二端部，其中，所述第一端部连接至所述至少一个连接器机构中的一个连接器机构，并且所述第二端部提供与受控装置的联接附接；并且其中，所述控制构件沿着二维平面的平移使得所述至少一个连接器机构垂直于所述二维平面行进，从而导致线缆位移，所述线缆位移与所述控制构件的平移成比例地致动所述受控装置。2.根据权利要求1所述的线缆驱动式并联操纵器控制机构，其中，所述受控装置为介入装置。3.根据权利要求1所述的线缆驱动式并联操纵器控制机构，其中，所述三维轮廓为锥形凹部。4.根据权利要求1所述的线缆驱动式并联操纵器控制机构，其中，所述至少一个连接器包括多个活塞，所述多个活塞各自包括弹簧和被约束成与所述控制表面接触的滚动件。5.根据权利要求1所述的线缆驱动式并联操纵器控制机构，其中，所述至少一个连接器包括杆，所述杆在一个端部处包括弹簧。6.根据权利要求1所述的线缆驱动式并联操纵器控制机构，其中，所述运动台为双自由度系统，所述控制构件安装在所述双自由度系统上并且以可操作的方式在所述双自由度系统上滑动。7.根据权利要求6所述的线缆驱动式并联操纵器控制机构，其中，所述双自由度系统包括安装至两个上部轴安装件的两个上部轴，其中，所述两个上部轴安装件在两个下部轴上滑动，所述两个下部轴安装在两个下部轴安装件上。8.根据权利要求1所述的线缆驱动式并联操纵器控制机构，其中，所述运动台为平面滚动件系统，所述控制构件安装在所述平面滚动件系统上并且以可操作的方式在所述平面滚动件系统上滑动。9.根据权利要求8所述的线缆驱动式并联操纵器控制机构，其中，所述平面滚动件系统包括顶部滚动件表面、多个竖向支承件以及安装板。10.根据权利要求1所述的线缆驱动式并联操纵器控制机构，其中，所述线缆致动机构包括安装块。11.根据权利要求1所述的线缆驱动式并联操纵器控制机构，还包括连接至所述多个线缆的传动系统。12.根据权利要求11所述的线缆驱动式并联操纵器控制机构，其中，所述传动系统适应成增加施加在所述介入装置处的力的量。13.根据权利要求1所述的线缆驱动式并联操纵器控制机构，其中，所述控制构件的位
置用操纵杆来操纵。14.根据权利要求1所述的线缆驱动式并联操纵器控制机构，其中，所述线缆致动机构包括线缆导引件。15.根据权利要求1所述的线缆驱动式并联操纵器控制机构，其中，所述线缆致动机构包括活塞块。16.根据权利要求1所述的线缆驱动式并联...
【专利技术属性】
技术研发人员：穆罕默德，
申请(专利权)人：麦哲伦生物医学公司，
类型：发明
国别省市：
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