用于介入手术机器人控制端的拟真操作手柄及其控制方法技术

本发明专利技术为一种用于介入手术机器人控制端的拟真操作手柄及其控制方法，其中，拟真操作手柄包括操作线段、收放线装置、运动检测装置和力反馈检测装置，运动检测装置用于检测操作线段的旋转角度和位移，力反馈检测装置包括旋转阻力给定机构和位移阻力给定机构，旋转阻力给定机构设在操作线段的下方，位移阻力给定机构设在收放线装置处。控制装置能接收来自操作从端的力反馈数据，通过旋转阻力给定机构和位移阻力给定机构对操作线段分别施加旋转阻力和位移阻力。本发明专利技术能提供拟导丝导管的操作手柄以及直接精准的手柄运动轨迹测量和力反馈给定，操作体验更真实。操作体验更真实。操作体验更真实。

【技术实现步骤摘要】
用于介入手术机器人控制端的拟真操作手柄及其控制方法


[0001]本专利技术是关于手术机器人操作领域，尤其涉及一种用于介入手术机器人控制端的拟真操作手柄及其控制方法。

技术介绍

[0002]常规微创血管介入手术基于DSA影像和图像导航技术，医生身处手术室位于病人边上，直接用双手操作导丝导管进行手术过程。但是，常规血管介入手术医生需穿戴繁重的防护服，频繁且长时间处于手术室内近距离接触辐射源，使得医生手术中容易疲劳影响操作精度和效果，长期累积的电离辐射伤害也严重威胁着生命健康。
[0003]新兴技术设计了控制手柄与机械手分离形态的血管介入手术机器人，通过培训医生使用在安装在控制台上的摇杆、按键或者其他机械把手组合形态的手柄遥控手术室内的机械手驱动导丝导管来完成手术过程。但是，现存血管介入手术机器人控制台操作手柄，外观形态与现实中的导丝导管有较大差异；实际操作空间和手感也受到设计的把手形态和导轨轨道限制；不提供力反馈或者提供的非直接/非闭环力反馈，精准性差强人意。这增加医生的学习成本，且累积多年的经验和手法得不到延续。手柄直接安装于桌面上，缺乏相应的保护措施。
[0004]由此，本专利技术人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种用于介入手术机器人控制端的拟真操作手柄及其控制方法，以克服现有技术的缺陷。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种用于介入手术机器人控制端的拟真操作手柄及其控制方法，能提供拟导丝导管的操作手柄以及直接精准的手柄运动轨迹测量和力反馈给定，操作体验更真实。
[0006]本专利技术的上述目的可采用下列技术方案来实现：
[0007]本专利技术提供一种用于介入手术机器人控制端的拟真操作手柄，包括操作线段，用于被握持时进行旋转和/或位移操作；收放线装置，其与操作线段的两端转动连接，并能对操作线段进行拉拽牵引；运动检测装置，其与操作线段连接，用于检测操作线段的旋转角度和位移，控制装置根据运动检测装置检测的数据能控制进行操作从端的导丝导管的旋转或进退；力反馈检测装置，其包括旋转阻力给定机构和位移阻力给定机构，旋转阻力给定机构设在操作线段的下方，位移阻力给定机构设在收放线装置处；控制装置能接收来自操作从端的力反馈数据，通过旋转阻力给定机构和位移阻力给定机构对操作线段分别施加旋转阻力和位移阻力。
[0008]在本专利技术的一较佳实施方式中，收放线装置包括收放机构、两根牵引绳和至少两个支点，操作线段的两端分别与两根牵引绳的第一端转动连接；收放机构与两根牵引绳的第二端均连接，并能带动两根牵引绳收放；至少两个支点用于支撑两根牵引绳和/或操作线段中的至少两个位置。
[0009]在本专利技术的一较佳实施方式中，操作线段的两端均通过无阻连接器与相应的牵引绳连接，牵引绳的端部与无阻连接器固接，操作线段的端部能转动的穿设在无阻连接器内。
[0010]在本专利技术的一较佳实施方式中，收放机构包括卷簧线轮、扭力线轮、线轮支架和联动同步带；线轮支架的两端枢接有两个支撑轴，卷簧线轮套设在其中一支撑轴上并通过卷簧与该支撑轴连接，扭力线轮套设固定在另一支撑轴上；其中一个牵引绳的第二端盘卷在卷簧线轮内，另一牵引绳的第二端盘卷在扭力线轮内，两个支撑轴通过联动同步带连接。
[0011]在本专利技术的一较佳实施方式中，旋转阻力给定机构包括推杆电机和顶杆，至少顶杆的顶面包设有弹性层，顶杆设在操作线段的下方，推杆电机的推杆与顶杆连接，并能推动顶杆上下移动，在推杆和顶杆之间连接有一维力传感器。
[0012]在本专利技术的一较佳实施方式中，位移阻力给定机构包括驱动电机和扭力传感器，驱动电机与穿设在扭力线轮内的支撑轴固接，用于驱动该支撑轴旋转，扭力传感器固设在扭力线轮上。
[0013]在本专利技术的一较佳实施方式中，运动检测装置包括轨迹球模块和编码器，操作线段穿过轨迹球模块并与轨迹球模块中的轨迹球接触，轨迹球模块用于检测操作线段的旋转角度和位移；编码器设在驱动电机的电机轴后端，用于检测与扭力线轮连接的牵引绳的牵引行程；控制装置能选取操作线段的位移和牵引绳的牵引行程两者中的较小值，并以较小值作为导丝导管的位移来控制进行导丝导管的进退。
[0014]在本专利技术的一较佳实施方式中，用于介入手术机器人控制端的拟真操作手柄还包括升降支撑装置，升降支撑装置包括升降驱动机构以及间隔设置的两个竖向支撑杆，两个竖向支撑杆的上端构成两个支点；升降驱动机构与两个竖向支撑杆连接，并能驱动两个竖向支撑杆升降相同或不同的高度。
[0015]本专利技术还提供一种用于介入手术机器人控制端的拟真操作手柄的控制方法，包括：获取操作线段的运动数据，运动数据包括操作线段的旋转角度、前进位移或后退位移；根据操作线段的运动数据生成操作从端的导丝导管的动作指令，动作指令包括导丝导管的旋转指令、前进指令或后退指令；接收导丝导管的阻力数据，阻力数据包括导丝导管的旋转阻力或前进阻力；根据导丝导管的阻力数据对操作线段施加相应的旋转阻力或前进阻力；检测并判断对操作线段施加的旋转阻力或前进阻力是否等于导丝导管的旋转阻力或前进阻力，若是，停止继续施加。
[0016]在本专利技术的一较佳实施方式中，操作线段的两端分别与两根牵引绳的第一端转动连接，收放机构与两根牵引绳的第二端均连接，并能带动两根牵引绳收放；位移阻力给定机构能驱动与一牵引绳的第二端连接的扭力线轮旋转；根据操作线段的前进位移生成导丝导管的前进指令包括：检测操作线段的前进位移；检测与扭力线轮连接的牵引绳的前进牵引行程；选取前进位移和前进牵引行程两者中的较小值，以该较小值作为导丝导管的前进位移并生成导丝导管的前进指令；根据操作线段的后退位移生成导丝导管的后退指令包括：检测操作线段的后退位移；检测与扭力线轮连接的牵引绳的后退牵引行程；选取后退距离和位移牵引行程两者中的较小值，以该较小值作为导丝导管的后退位移并生成导丝导管的后退指令。
[0017]由上所述，本专利技术可以适用于控制端与机械手分离形态的手术机器人，医生可以远离辐射源完成手术。通过运动检测装置可以直接检测操作线段的旋转和进退轨迹，确保
了检测数据真实准确，使操作过程数据能得到更好的记录，保证了手术室内的导丝导管动作更加精准。通过力反馈检测装置和收放线装置的配合，对操作线段进行搓捻旋转时可以对操作线段施加与真实导丝导管相同的旋转阻力，对操作线段进行推送时可以对操作线段施加与真实导丝导管相同的推送阻力，使得医生操作手在手术过程中的反馈力感受更精准，更加拟真，从而使多年积累的操作经验和手法得以发挥。
附图说明
[0018]以下附图仅旨在于对本专利技术做示意性说明和解释，并不限定本专利技术的范围。
[0019]其中：
[0020]图1：为本专利技术提供的拟真操作手柄的使用场景示意图。
[0021]图2：为本专利技术提供的拟真操作手柄的结构简图。
[0022]图3：为本专利技术提供的拟真操作手柄中各部分架构及功能示意图。
[0023]图4：为本专利技术提供的拟真操作手柄与桌面配合的结构示意图。
[0024]图5：为本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于介入手术机器人控制端的拟真操作手柄，其特征在于，包括：操作线段，用于被握持时进行旋转和/或位移操作；收放线装置，其与所述操作线段的两端转动连接，并能对所述操作线段进行拉拽牵引；运动检测装置，其与所述操作线段连接，用于检测所述操作线段的旋转角度和位移，控制装置根据所述运动检测装置检测的数据能控制进行操作从端的导丝导管的旋转或进退；力反馈检测装置，其包括旋转阻力给定机构和位移阻力给定机构，所述旋转阻力给定机构设在所述操作线段的下方，所述位移阻力给定机构设在所述收放线装置处；所述控制装置能接收来自操作从端的力反馈数据，通过所述旋转阻力给定机构和所述位移阻力给定机构对所述操作线段分别施加旋转阻力和位移阻力。2.如权利要求1所述的用于介入手术机器人控制端的拟真操作手柄，其特征在于，所述收放线装置包括收放机构、两根牵引绳和至少两个支点，所述操作线段的两端分别与两根所述牵引绳的第一端转动连接；所述收放机构与两根所述牵引绳的第二端均连接，并能带动两根所述牵引绳收放；至少两个所述支点用于支撑两根所述牵引绳和/或所述操作线段中的至少两个位置。3.如权利要求2所述的用于介入手术机器人控制端的拟真操作手柄，其特征在于，所述操作线段的两端均通过无阻连接器与相应的所述牵引绳连接，所述牵引绳的端部与所述无阻连接器固接，所述操作线段的端部能转动的穿设在所述无阻连接器内。4.如权利要求2所述的用于介入手术机器人控制端的拟真操作手柄，其特征在于，所述收放机构包括卷簧线轮、扭力线轮、线轮支架和联动同步带；所述线轮支架的两端枢接有两个支撑轴，所述卷簧线轮套设在其中一所述支撑轴上并通过卷簧与该支撑轴连接，所述扭力线轮套设固定在另一所述支撑轴上；其中一个所述牵引绳的第二端盘卷在所述卷簧线轮内，另一所述牵引绳的第二端盘卷在所述扭力线轮内，两个所述支撑轴通过所述联动同步带连接。5.如权利要求1所述的用于介入手术机器人控制端的拟真操作手柄，其特征在于，所述旋转阻力给定机构包括推杆电机和顶杆，至少所述顶杆的顶面包设有弹性层，所述顶杆设在所述操作线段的下方，所述推杆电机的推杆与所述顶杆连接，并能推动所述顶杆上下移动，在所述推杆和所述顶杆之间连接有一维力传感器。6.如权利要求4所述的用于介入手术机器人控制端的拟真操作手柄，其特征在于，所述位移阻力给定机构包括驱动电机和扭力传感器，所述驱动电机与穿设在所述扭力线轮内的所述支撑轴固接，用于驱动该支撑轴旋转，所述扭力传感器固设在所述扭力线轮上。7.如权利要求6所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：深圳微美机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：