專利名稱：微創(chuàng)血管介入手術(shù)機(jī)器人送管機(jī)構(gòu)的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)療設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種微創(chuàng)血管介入手術(shù)機(jī)器人送管機(jī)構(gòu)的 控制裝置。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)的日益進(jìn)步和人們生活水平的不斷提高，人類(lèi)對(duì)自身疾病的診斷、治療、 預(yù)防以及衛(wèi)生健康給予越來(lái)越多的關(guān)注。這就要求醫(yī)生不僅要在傳統(tǒng)生理醫(yī)學(xué)上有所突 破，還要應(yīng)用操作靈活、定位精確的醫(yī)療器械，這為醫(yī)療機(jī)器人的研究提供了客觀條件，醫(yī) 療機(jī)器人的應(yīng)用降低了手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)，改善了手術(shù)的環(huán)境。微創(chuàng)外科的出現(xiàn)及其臨床應(yīng)用為 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域開(kāi)辟了新的天地，它以手術(shù)切口小、出血量小、術(shù)后疤痕小、創(chuàng)傷輕、痛苦少、恢復(fù) 時(shí)間快為特點(diǎn)受到人們的普遍關(guān)注被應(yīng)用于臨床手術(shù)，早期的微創(chuàng)外科手術(shù)是以腹腔鏡和 胸腔鏡等內(nèi)窺鏡為基礎(chǔ)的一種外科手術(shù)，微創(chuàng)血管介入手術(shù)是微創(chuàng)外科的一個(gè)新方向。然 而，在微創(chuàng)血管介入手術(shù)過(guò)程中，由于操作對(duì)象較小(人體血管的直徑一般小于2mm)，而且 手術(shù)工作時(shí)間很長(zhǎng)，使得醫(yī)生感覺(jué)非常疲憊，可能會(huì)出現(xiàn)醫(yī)生手的顫動(dòng)、疲勞、肌肉神經(jīng)的 反饋，導(dǎo)致動(dòng)作的不準(zhǔn)確，加大了患者的痛苦，降低了手術(shù)的成功率。并且，醫(yī)生長(zhǎng)期在X射 線環(huán)境下操作對(duì)身體傷害很大；專科醫(yī)生必須經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期訓(xùn)練才能夠進(jìn)行微創(chuàng)手術(shù)操作；現(xiàn) 有手術(shù)方法技巧性較強(qiáng)，風(fēng)險(xiǎn)性較高，這些缺點(diǎn)限制了血管介入手術(shù)的廣泛應(yīng)用。二十世紀(jì)機(jī)器人技術(shù)進(jìn)入微創(chuàng)外科手術(shù)領(lǐng)域后，利用機(jī)器人的高精度、穩(wěn)定性、靈 活性、可控性以及不怕輻射和感染，來(lái)完成手術(shù)的定位，為醫(yī)生手術(shù)搭建一個(gè)穩(wěn)固的手術(shù)操 作平臺(tái)，改善了過(guò)去醫(yī)生只能憑借主觀判斷和積累的手術(shù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)完成手術(shù)的狀況，能夠減 少人為因素引起的手術(shù)誤差，提高手術(shù)質(zhì)量。近年來(lái)微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人的研究已經(jīng)成為機(jī)器 人應(yīng)用的新領(lǐng)域，尤其是醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)已經(jīng)成為醫(yī)療機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)新方向。醫(yī)療機(jī)器人的研究和開(kāi)發(fā)受到了越來(lái)越多的關(guān)注，能夠應(yīng)用于臨床的手術(shù)機(jī)器人 越來(lái)越多，但微創(chuàng)血管介入手術(shù)機(jī)器人的末端執(zhí)行器的控制裝置尚未得到全面的研究和推 廣應(yīng)用，目前還沒(méi)有功能相同的控制裝置。此類(lèi)控制裝置得滿足如下設(shè)計(jì)要求1.由于此裝置屬于醫(yī)療設(shè)備，故該裝置必須保證操作的安全性。2.能夠?qū)崿F(xiàn)送管機(jī)構(gòu)導(dǎo)管介入的前進(jìn)動(dòng)作；3.能夠?qū)崿F(xiàn)送管機(jī)構(gòu)導(dǎo)管介入的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作；4.在操作過(guò)程中該裝置需給操作者力反饋，模擬操作者在手術(shù)過(guò)程中的手感。圖Ia為現(xiàn)有相似技術(shù)的原理框圖，圖中控制裝置、第一電機(jī)、編碼器、操作者、第 一驅(qū)動(dòng)器、電腦、第二驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)；在操作者的操作下，第一電機(jī)旋轉(zhuǎn)，與此同時(shí)固定于第一電機(jī)末端的第一編碼器 輸出第一電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度信號(hào)至第一驅(qū)動(dòng)器，第一驅(qū)動(dòng)器將該角度信號(hào)輸入電腦，電腦將 角度信號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換之后往第二驅(qū)動(dòng)器發(fā)送指令，第二驅(qū)動(dòng)器在接受電腦的指令后驅(qū)動(dòng)電 機(jī)，從而使電機(jī)執(zhí)行操作者施加于控制裝置的命令。這種控制裝置還存在不足之處該裝置無(wú)法實(shí)現(xiàn)力反饋，即操作者在操作過(guò)程中沒(méi)有力覺(jué)，如果該裝置作為醫(yī)療手術(shù)機(jī)器人的控制裝置的話，在沒(méi)有力反饋的情況下，醫(yī)生 對(duì)手術(shù)對(duì)象沒(méi)有感覺(jué)，僅憑視覺(jué)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行手術(shù)，很可能出現(xiàn)用力幅度過(guò)大，導(dǎo)致組織血 管或器官的損傷。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)送管機(jī)構(gòu)導(dǎo)管介入的 前進(jìn)、旋轉(zhuǎn)動(dòng)作；在控制過(guò)程中能夠給操作手力反饋，能夠模擬醫(yī)生在手術(shù)過(guò)程中的手感且 安全可靠的微創(chuàng)血管介入手術(shù)機(jī)器人送管機(jī)構(gòu)的控制裝置。為達(dá)成所述目的，本發(fā)明提供的一種微創(chuàng)血管介入手術(shù)機(jī)器人送管機(jī)構(gòu)的控制裝 置的技術(shù)方案是該裝置包括控制部含有第一電機(jī)、第二電機(jī)、第一編碼器、第二編碼器； 操作手、第一驅(qū)動(dòng)器、計(jì)算機(jī)、第二驅(qū)動(dòng)器、送管機(jī)構(gòu)第一電機(jī)、送管機(jī)構(gòu)第二電機(jī)、扭矩傳 感器和導(dǎo)管，其中第一電機(jī)和第二電機(jī)分別與操作手連接，由操作手控制第一電機(jī)和第二電機(jī)轉(zhuǎn) 動(dòng)；第一電機(jī)接收第一驅(qū)動(dòng)器發(fā)送的第一控制信號(hào)并控制第一電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而生成對(duì)操作手的 作用力；第一編碼器與第一電機(jī)連接，第一編碼器將第一電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度信號(hào)生成二進(jìn)制 碼；第二編碼器與第二電機(jī)連接，第二編碼器將第二電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度信號(hào)生成二進(jìn)制 碼；第一驅(qū)動(dòng)器分別連接第一電機(jī)、第二編碼器和第一編碼器，第一驅(qū)動(dòng)器將第二編 碼器和第一編碼器的二進(jìn)制碼生成并輸出符合CAN總線通訊協(xié)議格式的數(shù)據(jù)；第一驅(qū)動(dòng)器 接收第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成并向第一電機(jī)發(fā)送第一控制信號(hào)；計(jì)算機(jī)分別與第一驅(qū)動(dòng)器和扭矩傳感器連接，計(jì)算機(jī)將CAN總線通訊協(xié)議格式的 數(shù)據(jù)生成并輸出第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)；計(jì)算機(jī)根據(jù)扭矩傳感器輸出的扭力數(shù)據(jù)信號(hào)生成并輸出第 一驅(qū)動(dòng)信號(hào)；第二驅(qū)動(dòng)器與計(jì)算機(jī)連接，第二驅(qū)動(dòng)器接收第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成并生成第二控制信 號(hào)；送管機(jī)構(gòu)第一電機(jī)和送管機(jī)構(gòu)第二電機(jī)分別與第二驅(qū)動(dòng)器連接，送管機(jī)構(gòu)第一電 機(jī)接收第二控制信號(hào)而轉(zhuǎn)動(dòng)輸出旋轉(zhuǎn)角度信息；送管機(jī)構(gòu)第二電機(jī)接收第二控制信號(hào)而轉(zhuǎn) 動(dòng)輸出旋轉(zhuǎn)角度信息；扭矩傳感器與送管機(jī)構(gòu)第一電機(jī)連接，扭矩傳感器將旋轉(zhuǎn)角度信息生成并輸出扭 力數(shù)據(jù)信號(hào)；導(dǎo)管與送管機(jī)構(gòu)第一電機(jī)送管機(jī)構(gòu)第二電機(jī)帶動(dòng)的送管機(jī)構(gòu)接觸使導(dǎo)管做周 向旋轉(zhuǎn)。其中計(jì)算機(jī)將該第二電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度信號(hào)經(jīng)過(guò)比例換算之后，計(jì)算機(jī)發(fā)送指令 至第二驅(qū)動(dòng)器，第二驅(qū)動(dòng)器按照指令驅(qū)動(dòng)送管機(jī)構(gòu)第二電機(jī)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)管，從而實(shí)現(xiàn)操作手對(duì) 導(dǎo)管的周向旋轉(zhuǎn)操作。其中計(jì)算機(jī)將第一電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度信號(hào)經(jīng)過(guò)換算之后，計(jì)算機(jī)發(fā)送指令至第二 驅(qū)動(dòng)器，第二驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)送管機(jī)構(gòu)第一電機(jī)推進(jìn)導(dǎo)管，從而實(shí)現(xiàn)操作手對(duì)導(dǎo)管的軸向推進(jìn) 操作。
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其中計(jì)算機(jī)接收由扭矩傳感器發(fā)送的送管機(jī)構(gòu)第一電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的扭矩信號(hào)并進(jìn) 行的比例換算，計(jì)算機(jī)向第一驅(qū)動(dòng)器發(fā)送電流指令，第一驅(qū)動(dòng)器按照該電流指令驅(qū)動(dòng)第一 電機(jī)產(chǎn)生扭矩，該扭矩傳遞到操作手，操作手受到阻力，則實(shí)現(xiàn)對(duì)操作手的操作力的反饋控 制。其中第一電機(jī)的固定法蘭通過(guò)連接板固定在蓋板上；第一電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第一 減速器的轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接，第一減速器的轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過(guò)第一聯(lián)軸器與第一傳動(dòng)軸相連接，第一外 套筒位于蓋板上的方孔中，第一外套筒的下端通過(guò)螺釘與第一傳動(dòng)軸緊密相連，第一外套 筒的上端通過(guò)螺釘與第二外套筒緊密連接。其中操作手柄置于第二傳動(dòng)軸上方，操作手柄的末端與第二傳動(dòng)軸相連；第二 電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第二減速器的轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接，同時(shí)第二減速器的轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過(guò)第二連軸器與第 二傳動(dòng)軸緊密相連；第一傳動(dòng)軸通過(guò)軸承座與蓋板相連；第二傳動(dòng)軸位于第二外套筒內(nèi)。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明種實(shí)現(xiàn)送管機(jī)構(gòu)的導(dǎo)管介入的前進(jìn)、旋轉(zhuǎn)動(dòng)作；在控制過(guò)程中本發(fā)明能夠 給操作手力反饋，因而能夠模擬醫(yī)生在手術(shù)過(guò)程中的手感，這樣避免了在血管介入手術(shù)過(guò) 程中，醫(yī)生僅憑視覺(jué)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行手術(shù)從而出現(xiàn)用力幅度過(guò)大，導(dǎo)致患者組織血管或器官 的損傷的情況發(fā)生；在實(shí)際操作過(guò)程中，根據(jù)操作手向前、后推進(jìn)角度的大小，將送管機(jī)構(gòu) 導(dǎo)管介入的速度劃分為前進(jìn)、后退3檔，從而方便操作手控制送管機(jī)構(gòu)操作的導(dǎo)管的介入 速度。為了避免誤操作，在設(shè)置速度檔位時(shí)利用軟件，在計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)定0速度檔，在該檔位 送管機(jī)構(gòu)停止導(dǎo)管的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，保證操作的安全性。這樣能有效地避免由于外部干擾 造成操作手柄的誤操作，保證安全。


圖Ia是現(xiàn)有控制裝置原理框圖；圖Ib是本發(fā)明微創(chuàng)血管介入手術(shù)機(jī)器人送管機(jī)構(gòu)控制裝置原理框圖；圖2a和圖2b是本發(fā)明微創(chuàng)血管介入手術(shù)機(jī)器人送管機(jī)構(gòu)的控制裝置結(jié)構(gòu)示意 圖。主要元件說(shuō)明1蓋板18第二編碼器
2操作手柄a操作手
3第一電機(jī)b第一驅(qū)動(dòng)器
4第二電機(jī)C計(jì)算機(jī)
5連接板C1CAN數(shù)據(jù)接收單元
6第一傳動(dòng)軸C2CAN數(shù)據(jù)發(fā)送單元
7第二傳動(dòng)軸C3比例運(yùn)算單元
8第一聯(lián)軸器C4CAN數(shù)據(jù)接收單元
9螺釘C5CAN數(shù)據(jù)發(fā)送單元
10第一外套筒d第二驅(qū)動(dòng)器
11第二外套筒e電機(jī)
12第一減速器ei送管機(jī)構(gòu)第一電機(jī)減速器e2送管機(jī)構(gòu)第二電機(jī)
座f扭矩傳感器
聯(lián)軸器g導(dǎo)管
編碼器131415161具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的控制裝置所操縱的送管機(jī)構(gòu)是應(yīng)用于微創(chuàng)血管介入手術(shù)，關(guān)乎人的生命 和健康，因此對(duì)控制裝置的精度，可靠性等性能要求比較高。圖Ib為本發(fā)明微創(chuàng)血管介入手術(shù)機(jī)器人送管機(jī)構(gòu)控制裝置原理框圖，圖中控制 部h;操作手a、第一驅(qū)動(dòng)器b、計(jì)算機(jī)C、第二驅(qū)動(dòng)器d、送管機(jī)構(gòu)第一電機(jī)el、送管機(jī)構(gòu)第二 電機(jī)e2、扭矩傳感器f和導(dǎo)管g。控制部h包括第一電機(jī)3、第二電機(jī)4、第一編碼器17、第二編碼器18 ；計(jì)算機(jī)c選用主頻1.6GHz，內(nèi)存1GB，并配有PCI-58XX CAN接口卡用于CAN通信， 關(guān)于計(jì)算機(jī)的選用不僅限于上述描述，在此不再贅述計(jì)算機(jī)選用的其他形式。第一電機(jī)3和第二電機(jī)4分別與操作手a連接，由操作手a控制第一電機(jī)3和第 二電機(jī)4轉(zhuǎn)動(dòng)；第一電機(jī)3接收第一驅(qū)動(dòng)器b發(fā)送的第一控制信號(hào)并控制第一電機(jī)3轉(zhuǎn)動(dòng) 而生成對(duì)操作手a的反作用力；第一編碼器17與第一電機(jī)3連接，第一編碼器17將第一電機(jī)3的旋轉(zhuǎn)角度信號(hào) 生成二進(jìn)制碼；第二編碼器18與第二電機(jī)4連接，第二編碼器18將第二電機(jī)4的旋轉(zhuǎn)角度信號(hào) 生成二進(jìn)制碼；第一驅(qū)動(dòng)器b分別連接第一電機(jī)3、第二編碼器18和第一編碼器17，第一驅(qū)動(dòng)器 b將第二編碼器18和第一編碼器17的二進(jìn)制碼生成并輸出符合CAN總線通訊協(xié)議格式的 數(shù)據(jù)；第一驅(qū)動(dòng)器b接收第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成并向第一電機(jī)3發(fā)送第一控制信號(hào)；CAN數(shù)據(jù)接收單元Cl、CAN數(shù)據(jù)發(fā)送單元c2、比例運(yùn)算單元c3、CAN數(shù)據(jù)發(fā)送單元C4 和CAN數(shù)據(jù)接收單元C5由計(jì)算機(jī)c實(shí)現(xiàn)；其中CAN數(shù)據(jù)發(fā)送單元c4、CAN數(shù)據(jù)接收單元C5 分別與第一驅(qū)動(dòng)器b和扭矩傳感器f連接，比例運(yùn)算單元C3將CAN數(shù)據(jù)接收單元C4接收到 的扭矩信號(hào)乘以一個(gè)比例常數(shù)得到扭矩值，比例運(yùn)算單元C3將扭矩值生成第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)； CAN數(shù)據(jù)接收單元Cl、CAN數(shù)據(jù)發(fā)送單元C2分別于第一驅(qū)動(dòng)器b和第二驅(qū)動(dòng)器d連接，比例 運(yùn)算單元C3將CAN接收單元C1接收到的信號(hào)乘以一個(gè)比例常數(shù)，根據(jù)所得到的值生成第二 驅(qū)動(dòng)信號(hào)；第二驅(qū)動(dòng)器d與CAN數(shù)據(jù)發(fā)送單元C2連接，第二驅(qū)動(dòng)器接收第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成并 生成第二控制信號(hào)；送管機(jī)構(gòu)第一電機(jī)el和送管機(jī)構(gòu)第二電機(jī)e2分別與第二驅(qū)動(dòng)器d連接，送管機(jī) 構(gòu)第一電機(jī)el接收第二控制信號(hào)而轉(zhuǎn)動(dòng)輸出旋轉(zhuǎn)角度信息；送管機(jī)構(gòu)第二電機(jī)e2接收第 二控制信號(hào)而轉(zhuǎn)動(dòng)輸出旋轉(zhuǎn)角度信息；
扭矩傳感器f與送管機(jī)構(gòu)第一電機(jī)el連接，扭矩傳感器f測(cè)量第一電機(jī)el軸上 的扭矩大小，并輸出該扭力數(shù)據(jù)信號(hào)；導(dǎo)管g與送管機(jī)構(gòu)第一電機(jī)el和送管機(jī)構(gòu)第二電機(jī) e2帶動(dòng)的送管機(jī)構(gòu)接觸使導(dǎo)管g做周向旋轉(zhuǎn)。在操作手a的操作下，第二電機(jī)4旋轉(zhuǎn)，固定在第二電機(jī)4末端的第二編碼器18 將第二電機(jī)4的旋轉(zhuǎn)角度信號(hào)經(jīng)第一驅(qū)動(dòng)器b輸入CAN數(shù)據(jù)接收單元Cl，比例運(yùn)算單元C3 將該旋轉(zhuǎn)角度信號(hào)經(jīng)過(guò)比例換算單元C3的比例換算之后(第二驅(qū)動(dòng)器d位置指令=旋轉(zhuǎn) 角度信號(hào)X比例系數(shù))，通過(guò)CAN數(shù)據(jù)發(fā)送單元C2發(fā)送導(dǎo)管g的周向旋轉(zhuǎn)角度指令至第二 驅(qū)動(dòng)器d，第二驅(qū)動(dòng)器d按照該位置指令驅(qū)動(dòng)送管機(jī)構(gòu)第二電機(jī)e2旋轉(zhuǎn)導(dǎo)管g，從而實(shí)現(xiàn)操 作手a對(duì)導(dǎo)管g的周向旋轉(zhuǎn)操作。在操作手a的操作下，第一電機(jī)3旋轉(zhuǎn)，固定在第一電機(jī)3末端的第一編碼器17 將第一電機(jī)3的旋轉(zhuǎn)角度信號(hào)經(jīng)第一驅(qū)動(dòng)器b輸入CAN數(shù)據(jù)接收單元C1，經(jīng)過(guò)比例運(yùn)算單 元C3換算之后，通過(guò)CAN數(shù)據(jù)發(fā)送單元C2發(fā)送導(dǎo)管g的進(jìn)給長(zhǎng)度指令至第二驅(qū)動(dòng)器d，第 二驅(qū)動(dòng)器d驅(qū)動(dòng)送管機(jī)構(gòu)第一電機(jī)el推進(jìn)導(dǎo)管g，從而實(shí)現(xiàn)操作手a對(duì)導(dǎo)管g的軸向推進(jìn) 操作。在送管機(jī)構(gòu)第一電機(jī)el轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，扭矩傳感器f測(cè)量送管機(jī)構(gòu)第一電機(jī)el轉(zhuǎn)軸 上的扭矩信號(hào)，并將該信號(hào)輸入CAN數(shù)據(jù)接收單元C4，經(jīng)過(guò)比例運(yùn)算單元C3的比例換算之 后(第一驅(qū)動(dòng)器b電流指令=扭矩傳感器f扭矩信號(hào)X比例系數(shù))，通過(guò)CAN數(shù)據(jù)發(fā)送單 元C5向第一驅(qū)動(dòng)器b發(fā)送電流指令，第一驅(qū)動(dòng)器b按照該電流指令驅(qū)動(dòng)第一電機(jī)3產(chǎn)生扭 矩信號(hào)，該扭矩信號(hào)傳輸?shù)讲僮魇謅時(shí)，操作手a能感覺(jué)到一定的阻力，這樣實(shí)現(xiàn)了操作手a 在操作過(guò)程中力的反饋，使操作手a在實(shí)施手術(shù)時(shí)能夠感覺(jué)送管機(jī)構(gòu)所送導(dǎo)管g對(duì)組織或 血管的作用力。下面結(jié)合本發(fā)明的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖詳細(xì)地說(shuō)明各機(jī)械部件的功能。圖2a_圖2b示出本發(fā)明的微創(chuàng)血管介入手術(shù)機(jī)器人送管機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖，其中第 一電機(jī)3的固定法蘭通過(guò)連接板5固定在蓋板1上；第一電機(jī)3的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第一減速器12 的轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接，第一減速器12的轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過(guò)第一聯(lián)軸器8與第一傳動(dòng)軸6相連接，第一外 套筒10位于蓋板1上的方孔16中，第一外套筒10的下端通過(guò)螺釘9與第一傳動(dòng)軸6緊密 相連，第一外套筒10的上端通過(guò)螺釘9與第二外套筒11緊密連接。圖2b所示第二傳動(dòng)軸7位于第二外套筒11內(nèi)；操作手柄2置于第二傳動(dòng)軸7上 方，操作手柄2的末端與第二傳動(dòng)軸7相連；第二電機(jī)4的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第二減速器13的轉(zhuǎn)動(dòng) 軸連接，同時(shí)第二減速器13的轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過(guò)第二連軸器15與第二傳動(dòng)軸7緊密相連；第一傳 動(dòng)軸6通過(guò)軸承座14與蓋板1相連。當(dāng)操作手a在手術(shù)過(guò)程中推進(jìn)操作手柄2時(shí)，帶動(dòng)第二外套筒11運(yùn)動(dòng)，由于第一 外套筒10通過(guò)螺釘9與第二外套筒11緊密相連，同時(shí)第一外套筒10通過(guò)螺釘9與第一傳 動(dòng)軸6緊密相連，故第二外套筒11、第一外套筒10同時(shí)繞第一轉(zhuǎn)動(dòng)軸6旋轉(zhuǎn)，并將轉(zhuǎn)動(dòng)傳至 第一傳動(dòng)軸6，第一傳動(dòng)軸6將轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)與之相連的第一聯(lián)軸器8傳至第一減速器12的轉(zhuǎn) 動(dòng)軸，同時(shí)帶動(dòng)第一電機(jī)3的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，而位于第一電機(jī)3末端的第一編碼器17將該轉(zhuǎn)動(dòng) 信號(hào)經(jīng)過(guò)圖Ib中第一驅(qū)動(dòng)器b輸入計(jì)算機(jī)c中。經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換之后，計(jì)算機(jī)c向第二驅(qū)動(dòng)器d 發(fā)送指令，第二驅(qū)動(dòng)器d按照指令驅(qū)動(dòng)送管機(jī)構(gòu)第一電機(jī)el，送管機(jī)構(gòu)第一電機(jī)el操作導(dǎo) 管g作直線軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。當(dāng)導(dǎo)管在血管內(nèi)觸碰到血管壁和血斑受到阻力時(shí)，扭矩傳感器 f會(huì)將此時(shí)送管機(jī)構(gòu)第一電機(jī)e 1轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的扭矩信號(hào)傳送至計(jì)算機(jī)c，計(jì)算機(jī)c將該信號(hào)入第一驅(qū)動(dòng)器b，第一驅(qū)動(dòng)器b將輸入第一電機(jī)3電流，由于輸入第一電 機(jī)3上的電流將產(chǎn)生與第一電機(jī)3旋轉(zhuǎn)方向相反的作用力，阻礙第一電機(jī)3的旋轉(zhuǎn)，這種作 用力將反向傳導(dǎo)在操作手柄2上進(jìn)而傳遞給操作手a，實(shí)現(xiàn)操作手a在操作過(guò)程中的觸覺(jué)力 反饋，操作手a會(huì)做相應(yīng)的調(diào)整，保證了手術(shù)過(guò)程中的安全性。當(dāng)操作手a在手術(shù)過(guò)程中旋轉(zhuǎn)操作手柄2時(shí)，由于操作手柄2通過(guò)第二傳動(dòng)軸7、 第二軸承連接器15和第二減速器13的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第二電機(jī)4的轉(zhuǎn)動(dòng)軸相連，而第二電機(jī)4 末端裝有第二編碼器18，第二編碼器18將第二電機(jī)4轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度，通過(guò)第一驅(qū)動(dòng)器b 輸入計(jì)算機(jī)c，計(jì)算機(jī)c將操作手a作用于操作手柄2的運(yùn)動(dòng)指令發(fā)送至第二驅(qū)動(dòng)器d，第 二驅(qū)動(dòng)器d按照指令驅(qū)動(dòng)送管機(jī)構(gòu)第二電機(jī)e2，操作導(dǎo)管g旋轉(zhuǎn)。從而實(shí)現(xiàn)，當(dāng)操作手a旋 轉(zhuǎn)操作手柄2的時(shí)候，相應(yīng)地送管機(jī)構(gòu)第二電機(jī)e2操作導(dǎo)管g作周向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何 熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本 發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種微創(chuàng)血管介入手術(shù)機(jī)器人送管機(jī)構(gòu)控制裝置，其特征在于，該裝置包括控制部含有第一電機(jī)、第二電機(jī)、第一編碼器、第二編碼器；操作手、第一驅(qū)動(dòng)器、計(jì)算機(jī)、第二驅(qū)動(dòng)器、送管機(jī)構(gòu)第一電機(jī)、送管機(jī)構(gòu)第二電機(jī)、扭矩傳感器和導(dǎo)管，其中第一電機(jī)和第二電機(jī)分別與操作手連接，由操作手控制第一電機(jī)和第二電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；第一電機(jī)接收第一驅(qū)動(dòng)器發(fā)送的第一控制信號(hào)并控制第一電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而生成對(duì)操作手的反作用力；第一編碼器與第一電機(jī)連接，第一編碼器將第一電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度信號(hào)生成二進(jìn)制碼；第二編碼器與第二電機(jī)連接，第二編碼器將第二電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度信號(hào)生成二進(jìn)制碼；第一驅(qū)動(dòng)器分別連接第一電機(jī)、第二編碼器和第一編碼器，第一驅(qū)動(dòng)器將第二編碼器和第一編碼器的二進(jìn)制碼生成并輸出符合CAN總線通訊協(xié)議格式的數(shù)據(jù)；第一驅(qū)動(dòng)器接收第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成并向第一電機(jī)發(fā)送第一控制信號(hào)；計(jì)算機(jī)分別與第一驅(qū)動(dòng)器和扭矩傳感器連接，計(jì)算機(jī)將CAN總線通訊協(xié)議格式的數(shù)據(jù)生成并輸出第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)；計(jì)算機(jī)根據(jù)扭矩傳感器輸出的扭力數(shù)據(jù)信號(hào)生成并輸出第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)；第二驅(qū)動(dòng)器與計(jì)算機(jī)連接，第二驅(qū)動(dòng)器接收第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成并生成第二控制信號(hào)；送管機(jī)構(gòu)第一電機(jī)和送管機(jī)構(gòu)第二電機(jī)分別與第二驅(qū)動(dòng)器連接，送管機(jī)構(gòu)第一電機(jī)接收第二控制信號(hào)而轉(zhuǎn)動(dòng)輸出旋轉(zhuǎn)角度信息；送管機(jī)構(gòu)第二電機(jī)接收第二控制信號(hào)而轉(zhuǎn)動(dòng)輸出旋轉(zhuǎn)角度信息；扭矩傳感器與送管機(jī)構(gòu)第一電機(jī)連接，扭矩傳感器將旋轉(zhuǎn)角度信息生成并輸出扭力數(shù)據(jù)信號(hào)；導(dǎo)管與送管機(jī)構(gòu)第一電機(jī)送管機(jī)構(gòu)第二電機(jī)帶動(dòng)的送管機(jī)構(gòu)接觸使導(dǎo)管做周向旋轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的微創(chuàng)血管介入手術(shù)機(jī)器人送管機(jī)構(gòu)控制裝置，其特征在于，計(jì) 算機(jī)將該第二電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度信號(hào)經(jīng)過(guò)比例換算之后，計(jì)算機(jī)發(fā)送指令至第二驅(qū)動(dòng)器，第 二驅(qū)動(dòng)器按照指令驅(qū)動(dòng)送管機(jī)構(gòu)第二電機(jī)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)管，從而實(shí)現(xiàn)操作手對(duì)導(dǎo)管的周向旋轉(zhuǎn)操 作。
3.如權(quán)利要求1所述的微創(chuàng)血管介入手術(shù)機(jī)器人送管機(jī)構(gòu)控制裝置，其特征在于，計(jì) 算機(jī)將第一電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度信號(hào)經(jīng)過(guò)換算之后，計(jì)算機(jī)發(fā)送指令至第二驅(qū)動(dòng)器，第二驅(qū)動(dòng) 器驅(qū)動(dòng)送管機(jī)構(gòu)第一電機(jī)推進(jìn)導(dǎo)管，從而實(shí)現(xiàn)操作手對(duì)導(dǎo)管的軸向推進(jìn)操作。
4.如權(quán)利要求1所述的微創(chuàng)血管介入手術(shù)機(jī)器人送管機(jī)構(gòu)控制裝置，其特征在于，計(jì) 算機(jī)接收由扭矩傳感器發(fā)送的送管機(jī)構(gòu)第一電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的扭矩信號(hào)并進(jìn)行的比例換算，計(jì) 算機(jī)向第一驅(qū)動(dòng)器發(fā)送電流指令，第一驅(qū)動(dòng)器按照該電流指令驅(qū)動(dòng)第一電機(jī)產(chǎn)生扭矩，該 扭矩傳遞到操作手，操作手受到阻力，則實(shí)現(xiàn)對(duì)操作手的操作力的反饋控制。
5.如權(quán)利要求1所述的微創(chuàng)血管介入手術(shù)機(jī)器人送管機(jī)構(gòu)控制裝置，其特征在于第 一電機(jī)的固定法蘭通過(guò)連接板固定在蓋板上；第一電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第一減速器的轉(zhuǎn)動(dòng)軸連 接，第一減速器的轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過(guò)第一聯(lián)軸器與第一傳動(dòng)軸相連接，第一外套筒位于蓋板上的 方孔中，第一外套筒的下端通過(guò)螺釘與第一傳動(dòng)軸緊密相連，第一外套筒的上端通過(guò)螺釘 與第二外套筒緊密連接。
6.如權(quán)利要求1所述的微創(chuàng)血管介入手術(shù)機(jī)器人送管機(jī)構(gòu)控制裝置，其特征在于操 作手柄置于第二傳動(dòng)軸上方，操作手柄的末端與第二傳動(dòng)軸相連；第二電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與第二減速器的轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接，同時(shí)第二減速器的轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過(guò)第二連軸器與第二傳動(dòng)軸緊密相 連；第一傳動(dòng)軸通過(guò)軸承座與蓋板相連；第二傳動(dòng)軸位于第二外套筒內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種微創(chuàng)血管介入手術(shù)機(jī)器人送管機(jī)構(gòu)的控制裝置，該裝置包括第一電機(jī)和第二電機(jī)分別與操作手連接；第一編碼器與第一電機(jī)連接；第二編碼器與第二電機(jī)連接；第一驅(qū)動(dòng)器分別連接第一電機(jī)、第二編碼器和第一編碼器；計(jì)算機(jī)分別與第一驅(qū)動(dòng)器和扭矩傳感器連接；第二驅(qū)動(dòng)器與計(jì)算機(jī)連接；送管機(jī)構(gòu)第一電機(jī)和送管機(jī)構(gòu)第二電機(jī)分別與第二驅(qū)動(dòng)器連接；扭矩傳感器與送管機(jī)構(gòu)第一電機(jī)連接，根據(jù)操作手向前、后推進(jìn)角度的大小，將送管機(jī)構(gòu)的導(dǎo)管介入的速度劃分，從而方便操作手控制送管機(jī)構(gòu)操作的導(dǎo)管的介入速度。
文檔編號(hào)A61B19/00GK101904771SQ201010221159
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月8日
發(fā)明者侯增廣, 吉程, 易新, 曾達(dá)幸, 楊雪, 王洪波, 程龍, 胡國(guó)清, 胡正偉, 謝曉亮, 譚民, 鄭曉倩, 齊政彥 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所