[發明專利]血管介入手術機器人主端力反饋裝置及其工作方法

有效

• 申請號: 201610057103.0
• 申請日: 2016-01-27
• 公開（公告）號: CN105534599B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 郭書祥;郭健;于洋
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: A61B34/35
• 分類號: A61B34/35;A61B17/00
• 代理公司: 天津天麓律師事務所12212
• 代理人: 王里歌

1.一種血管介入手術機器人主端力反饋裝置，其特征在于它包括圓柱形導磁棒、操作桿、導管、內含軸承的連接扣、實心光電編碼器、空心光電編碼器、線圈、繞線管、導向軌、磁鐵；所述圓柱形導磁棒兩端設置磁鐵；所述繞線管套在圓柱形導磁棒；所述線圈纏在繞線管的一端；所述操作桿一端與繞線管固定，另一端與連接扣連接；所述導管一端與連接扣內的軸承連接，另一端穿過空心光電編碼器，并與空心光電編碼器內軸固定；所述導向軌與實心光電編碼器的實心軸固定，導向軌的外周與操作桿連接；所述圓柱形導磁棒、實心光電編碼器及空心光電編碼器分別通過支撐結構支撐安裝；

所述圓柱形導磁棒通過支撐架固定支撐安裝；所述空心光電編碼器通過空心編碼器安裝板固定支撐安裝；所述空心編碼器安裝板與滑軌連接構成滑動配合安裝；

所述實心光電編碼器通過支架固定支撐安裝；

所述支撐架、滑軌、支架均安裝在高度可調的底板上；

所述導向軌為垂直方向成對安裝，其中一個導向軌與實心光電編碼器固定，另一個導向軌通過支架和固定板支撐安裝；所述操作桿通過兩導向軌之間；所述固定板安裝在高度可調的底板上；

所述導向軌為圓形；

所述導管與空心光電編碼器內軸通過頂絲固定；

所述實心光電編碼器采用2500線實心光電編碼器；所述空心光電編碼器采用2500線空心光電編碼器。

2.根據權利要求1所述一種血管介入手術機器人主端力反饋裝置，其特征在于所述磁鐵及圓柱形導磁棒截面的直徑為10-13mm；

所述線圈的直徑為0.1-0.3mm；

所述滑軌量程為0-100mm；

所述圓柱形導磁棒、操作桿、線圈、繞線管及磁鐵構成軸向力反饋單元；

所述實心光電編碼器采用2500線實心光電編碼器，經過正交解碼芯片形成4倍頻，轉一圈需要10000步，導向軌圓周的周長是91.06-97.34mm，所以實心光電編碼器精度是0.01mm，通過旋轉的角度輸出前進位移；空心光電編碼器采用2500線空心光電編碼器，用正交解碼芯片形成4倍頻，轉一圈同樣需要10000步，精度為0.036度。

3.根據權利要求1所述一種血管介入手術機器人主端力反饋裝置，其特征在于它的工作步驟為：

(1)操作的實現：測量旋轉角度時，旋轉導管帶動空心光電編碼器的內軸旋轉即可測出旋轉角度；測量軸向運動信息時，操作桿與導管同時前進，并帶動與操作桿固定的繞線管同時運動，實心光電編碼器的實心軸通過導向軌跟隨操作桿轉動將前進位移轉化為旋轉角度；當繞線管運動到頂端后，將操作桿撤回，開始新一輪的操作；

(2)操作信息的提取：

Ⅰ、對于軸向運動信息的采集，實心光電編碼器實心軸通過導向軌跟隨操作桿轉動，將前進位移轉化為旋轉角度；

Ⅱ、對于旋轉信息，導管帶動空心光電編碼器的內軸旋轉即可測出旋轉角度；

(3)從操作器的操作力在主操作器的力反饋:

對于軸向操作力反饋，通過應用纏在繞線管一端的通電線圈在磁場中運動產生：繞線管將圓柱形導磁棒包裹在繞線管里面，將操作桿與繞線桿中間固定，從而測出的力更加精準，推動導管，讓通電線圈在磁場中運動，從而產生電磁感應力，通電線圈產生的電磁力為對操作桿的阻尼信號，操作桿的一端接收通電線圈產生的阻尼力，通過導管傳遞給醫生的手；不同的電流產生的阻力也不一樣，通過控制電流的大小，保證阻力與從端導管內部的接觸力保持一致，這個力直接反饋給醫生從而形成閉環系統。

4.根據權利要求3所述一種血管介入手術機器人主端力反饋裝置，其特征在于所述步驟(1)中空心光電編碼器在滑軌上運動，從而減小滑動摩擦力；

所述步驟(2)中實心光電編碼器采用2500線實心光電編碼器，經過正交解碼芯片形成4倍頻，轉一圈需要10000步，導向軌圓周的周長是91.06-97.34mm,所以實心光電編碼器精度是0.01mm，通過旋轉的角度輸出前進位移；空心光電編碼器采用2500線空心光電編碼器，用正交解碼芯片形成4倍頻，轉一圈同樣需要10000步，精度為0.036度。