【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及内窥镜控制平台，特别是涉及一种柔性内窥镜控制平台及控制方法。
技术介绍
1、根据临床实际，消化道恶性肿瘤如果能够进行早期发现并诊疗，则能够有效提高患者五年内生存率。随着医疗技术水平发展和机器人技术在该领域的逐渐成熟，消化内镜手术被广泛地应用于消化道早期癌症的诊疗之中。
2、柔性内窥镜可拓展医生的视野，协助医生完成复杂的手术操作被广泛应用于病理诊断、病灶切除等外科手术中。内窥镜操作的复杂性是柔性内窥镜实际应用中面临的重要问题。一些手术中，外科医生不仅需要控制内窥镜多个自由度的运动，还需要操纵不同的手术器械以执行夹取、灼烧和组织切除等操作。
3、随着手术难度的增加，医生需要多次更换手术器械，手术操作也越来越繁琐，手持内窥镜进行操作会大大增加医生的疲劳感。医疗机器人技术可降低控制难度，提高控制精度和效率，近年来受到广泛关注。
4、基于医疗机器人技术的柔性内窥镜控制平台可以同时控制内窥镜的弯曲、平移、旋转等多个自由度，具有较高的控制精度，可以辅助医生完成内窥镜手术。但现有柔性内窥镜控制平台存在体积较大，安全性不足，自由度较少等问题，限制了其在医疗机器人领域的应用。且现有机器人缺乏图像感知能力的缺点，需要医生通过分析图像来确定内窥镜的运动目标。这加大了医生认知负担。
5、因此，亟需设计一种柔性内窥镜控制系统，可以使得机器人在狭窄的工作空间中操作柔性内窥镜，完成手术操作。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对现有技术中存在的技术
2、本专利技术的一方面，提供一种柔性内窥镜控制平台，包括由六自由度机械臂构成的术前位姿调整模块及与所述术前位姿调整模块连接的机器人平台；由六自由度机械臂的前五个自由度用于调整机器人的术前位姿，以适应不同手术和不同类型的病人；机械臂可左右摆动，模拟医生在入镜操作中手臂的操作；所述机器人平台包括内窥镜自转模块、与内窥镜自转模块连接的内窥镜弯曲模块，位于所述内窥镜弯曲模块一侧的内窥镜送进模块：所述内窥镜自转模块由六自由度机械臂的第六个自由度实现；所述内窥镜弯曲模块包括内窥镜夹紧装置以及用于控制内窥镜前端的上下弯曲、左右弯曲的内窥镜旋转装置；所述内窥镜送进模块包括平行布置的主动轴和从动轴，安装于主动轴及从动轴上的用于夹紧内窥镜的柔性管并带动柔性管运动的摩擦轮组。
3、其中，所述六自由度机械臂的第六个自由度的旋转中心与内窥镜平移模块中内径中心重合，以实现自转的准确度控制。
4、其中，所述内窥镜自转模块包括位姿调整板，垂直安装于机器人平台的机架上，所述机器人平台通过位姿调整板与机械臂的第六个自由度相连，所述位姿调整板与机械臂的第六个自由度形成所述内窥镜自转模块。
5、其中，所述内窥镜夹紧装置包括第一套筒及第二套筒，所述内窥镜旋转装置包括皮带传动装置，所述皮带传动装置第一皮带传动机构以及第二皮带传动机构；所述第一皮带传动机构与第二皮带传动机构的从动轮同轴布置而主动轮平行布置，第一从动带轮、第二从动带轮的轴孔中各自嵌入连接第一套筒、第二套筒，所述第一套筒嵌入第二套筒，通过第一皮带传动机构及第二皮带传动机构的旋转，通过第二套筒控制内窥镜的上下弯曲，通过第一套筒控制内窥镜的左右弯曲。
6、其中，所述第一套筒及第二套筒的一端面上形成齿状结构，与内窥镜的操作端配合，能实现与内窥镜的操作端结合或分离，在结合时与内窥镜旋转装置配合，实现控制内窥镜的上下弯曲、左右弯曲。
7、其中，所述第二套筒与第三轴承过盈连接，第三轴承位于第二从动带轮的轴孔与第二套筒的轴连接部之间，第二轴承与所述位姿调整板过盈连接，第二轴承位于位姿调整板的轴孔与第一套筒的轴连接部之间，第一套筒的轴连接部嵌入第二套筒的中空的轴连接部内部，以保证第二套筒和第一套筒运动的解耦。
8、其中，所述摩擦轮组通过锁紧套筒安装在所在轴上，并且沿所在轴的轴向方向上的间距通过锁紧套筒调整，从而以使不同直径的内窥镜柔性管能通过，并带动内窥镜柔性管运动。
9、其中，所述主动轴以及从动轴分别设置有两个沿其轴线方向隔开的摩擦轮，四个摩擦轮的轮面在截面下具有弧形状凹面结构，在弧形状凹面结构之间能够形成用于内窥镜柔性管通过的空间。
10、其中，所述主动轴连接送进电机，所述送进电机通过主动轴上的主动齿轮组和从动轴上的从动齿轮组的配合来实现主动轴和从动轴的相对运动；所述主动轴以及从动轴的两端分别与两侧相对的支撑板通过轴承转动连接；两侧相对的支撑板的底部布置于固定板上，所述固定板板上安装于机器人平台的机架上。
11、本专利技术的另一方面，提供一种柔性内窥镜控制平台的控制方法，包括步骤：
12、首先，将内窥镜通过一个自然的孔腔进入人体腔道，获取人体腔道图像信息；操作控制台的图像综合处理模块根据深度估计算法检测人体消化道中心；其次，操作者观察操作控制台数据，根据腔体中心的位置操作所述操作控制台的主手，此时在图像坐标系下，腔体中心与图像中心存在着误差；当误差大于阈值时，控制主手的控制量映射成柔性内窥镜控制平台操作内窥镜旋转的角度、弯曲的角度、进给的速度；当误差小于阈值时，将腔体中心与图像中心的误差作为输入量，通过操作控制台的pid控制器映射成柔性内窥镜控制平台操作内窥镜旋转的角度、弯曲的角度、进给的速度，使腔体中心移动到期望位置。
13、本专利技术的柔性内窥镜控制平台，将控制内窥镜不同自由度的结构变得模块化、小型化、一体化，减小了空间占用率、维护性更好；本专利技术同时加入了机械臂，使得其能够适应各种复杂的医疗环境。本专利技术能够单独控制内窥镜的不同自由度，解决了医生控制自由度耦合的问题。
14、本专利技术具有普适性，可以通过定制所需套筒适应拨轮型号尺寸不同的内窥镜，其内窥镜送进模块的摩擦轮和锁紧套筒的结构可以通过调整锁紧套筒在轴上的位置，满足不同直径的内窥镜的控制需求。
15、本专利技术的机器人能够自主识别关键解剖特征，并且在像素误差较小的时候协助医生完成内窥镜操作；而且医生可以通过机器人远程操作内窥镜完成手术，解决了传染病救治时高交叉感染的风险，使得手术更加安全。
16、本专利技术的柔性内窥镜控制平台，除机械臂和位姿调整板外，其余均为3d打印，能够节约成本，使其更容易推广。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.柔性内窥镜控制平台，其特征在于，包括由六自由度机械臂构成的术前位姿调整模块及与所述术前位姿调整模块连接的机器人平台；由六自由度机械臂的前五个自由度用于调整机器人的术前位姿，以适应不同手术和不同类型的病人；机械臂可左右摆动，模拟医生在入镜操作中手臂的操作；所述机器人平台包括内窥镜自转模块、与内窥镜自转模块连接的内窥镜弯曲模块，位于所述内窥镜弯曲模块一侧的内窥镜送进模块：所述内窥镜自转模块由六自由度机械臂的第六个自由度实现；所述内窥镜弯曲模块包括内窥镜夹紧装置以及用于控制内窥镜前端的上下弯曲、左右弯曲的内窥镜旋转装置；所述内窥镜送进模块包括平行布置的主动轴和从动轴，安装于主动轴及从动轴上的用于夹紧内窥镜的柔性管并带动柔性管运动的摩擦轮组。
2.根据权利要求1所述柔性内窥镜控制平台，其特征在于，所述六自由度机械臂的第六个自由度的旋转中心与内窥镜平移模块中内径中心重合，以实现自转的准确度控制。
3.根据权利要求1所述柔性内窥镜控制平台，其特征在于，所述内窥镜自转模块包括位姿调整板，垂直安装于机器人平台的机架上，所述机器人平台通过位姿调整板与机械臂的第六个自由度
4.根据权利要求1所述柔性内窥镜控制平台，其特征在于，所述内窥镜夹紧装置包括第一套筒及第二套筒，所述内窥镜旋转装置包括皮带传动装置，所述皮带传动装置第一皮带传动机构以及第二皮带传动机构；所述第一皮带传动机构与第二皮带传动机构的从动轮同轴布置而主动轮平行布置，第一从动带轮、第二从动带轮的轴孔中各自嵌入连接第一套筒、第二套筒，所述第一套筒嵌入第二套筒，通过第一皮带传动机构及第二皮带传动机构的旋转，通过第二套筒控制内窥镜的上下弯曲，通过第一套筒控制内窥镜的左右弯曲。
5.根据权利要求4所述柔性内窥镜控制平台，其特征在于，所述第一套筒及第二套筒的一端面上形成齿状结构，与内窥镜的操作端配合，能实现与内窥镜的操作端结合或分离，在结合时与内窥镜旋转装置配合，实现控制内窥镜的上下弯曲、左右弯曲。
6.根据权利要求4所述柔性内窥镜控制平台，其特征在于，所述第二套筒与第三轴承过盈连接，第三轴承位于第二从动带轮的轴孔与第二套筒的轴连接部之间，第二轴承与所述位姿调整板过盈连接，第二轴承位于位姿调整板的轴孔与第一套筒的轴连接部之间，第一套筒的轴连接部嵌入第二套筒的中空的轴连接部内部，以保证第二套筒和第一套筒运动的解耦。
7.根据权利要求1所述柔性内窥镜控制平台，其特征在于，所述摩擦轮组通过锁紧套筒安装在所在轴上，并且沿所在轴的轴向方向上的间距通过锁紧套筒调整，从而以使不同直径的内窥镜柔性管能通过，并带动内窥镜柔性管运动。
8.根据权利要求1所述柔性内窥镜控制平台，其特征在于，所述所述主动轴以及从动轴分别设置有两个沿其轴线方向隔开的摩擦轮，四个摩擦轮的轮面在截面下具有弧形状凹面结构，在弧形状凹面结构之间能够形成用于内窥镜柔性管通过的空间。
9.根据权利要求1所述柔性内窥镜控制平台，其特征在于，所述主动轴连接送进电机，所述送进电机通过主动轴上的主动齿轮组和从动轴上的从动齿轮组的配合来实现主动轴和从动轴的相对运动；所述主动轴以及从动轴的两端分别与两侧相对的支撑板通过轴承转动连接；两侧相对的支撑板的底部布置于固定板上，所述固定板板上安装于机器人平台的机架上。
10.一种权利要求1-9任一项所述柔性内窥镜控制平台的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.柔性内窥镜控制平台，其特征在于，包括由六自由度机械臂构成的术前位姿调整模块及与所述术前位姿调整模块连接的机器人平台；由六自由度机械臂的前五个自由度用于调整机器人的术前位姿，以适应不同手术和不同类型的病人；机械臂可左右摆动，模拟医生在入镜操作中手臂的操作；所述机器人平台包括内窥镜自转模块、与内窥镜自转模块连接的内窥镜弯曲模块，位于所述内窥镜弯曲模块一侧的内窥镜送进模块：所述内窥镜自转模块由六自由度机械臂的第六个自由度实现；所述内窥镜弯曲模块包括内窥镜夹紧装置以及用于控制内窥镜前端的上下弯曲、左右弯曲的内窥镜旋转装置；所述内窥镜送进模块包括平行布置的主动轴和从动轴，安装于主动轴及从动轴上的用于夹紧内窥镜的柔性管并带动柔性管运动的摩擦轮组。
2.根据权利要求1所述柔性内窥镜控制平台，其特征在于，所述六自由度机械臂的第六个自由度的旋转中心与内窥镜平移模块中内径中心重合，以实现自转的准确度控制。
3.根据权利要求1所述柔性内窥镜控制平台，其特征在于，所述内窥镜自转模块包括位姿调整板，垂直安装于机器人平台的机架上，所述机器人平台通过位姿调整板与机械臂的第六个自由度相连，所述位姿调整板与机械臂的第六个自由度形成所述内窥镜自转模块。
4.根据权利要求1所述柔性内窥镜控制平台，其特征在于，所述内窥镜夹紧装置包括第一套筒及第二套筒，所述内窥镜旋转装置包括皮带传动装置，所述皮带传动装置第一皮带传动机构以及第二皮带传动机构；所述第一皮带传动机构与第二皮带传动机构的从动轮同轴布置而主动轮平行布置，第一从动带轮、第二从动带轮的轴孔中各自嵌入连接第一套筒、第二套筒，所述第一套筒嵌入第二套筒，通过第一皮带传动机构及第二皮带传动机构的旋转，通过第二套筒控制内窥镜的上...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。