[發明專利]具有手感的血管介入手術機器人操作手柄及其控制方法

有效

• 申請號: 201710414285.7
• 申請日: 2017-06-05
• 公開（公告）號: CN107184274B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 徐曉剛;陸茂偉;王坤東;陸清聲
• 申請（專利權）人: 上海速介機器人科技有限公司
• 主分類號: A61B34/30
• 分類號: A61B34/30;A61B17/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

1.一種具有手感的血管介入手術機器人操作手柄，其特征在于，包括機架、操作裝置、力加載機構以及力矩加載機構，其中：操作裝置、力加載機構以及力矩加載機構均設置于機架上；操作裝置包括手柄；操作裝置發出旋轉和/或推拉導管導絲的操作命令；力加載機構將推拉導管導絲時受到的推拉阻力反饋到操作裝置；力矩加載機構將旋轉導管導絲時受到的阻力矩反饋到操作裝置；所述推拉阻力是通過力加載機構與所述手柄的一端之間形成的彈力產生；所述阻力矩是通過力矩加載機構的加載輪與所述手柄的側面形成的摩擦力產生；

還包括補償控制器，所述補償控制器執行如下計算對力加載機構產生的力和力矩加載機構產生的力矩進行解耦補償：

其中：Δx₁為力加載位移，Δx₃為力矩加載位移，

a₁＝k₁,b₁＝(u₂+u₄)k₃，c₁＝2k₂Δx₂-F，

a₂＝k₁u₁R₂,b₂＝(u₂u₁R₃+u₄fR₁)k₃,c₂＝2k₂u₃R₄Δx₂-M

其中：k₁為加載機構的力彈簧彈性系數，k₂為操作裝置的復位彈簧彈性系數，k₃為力矩加載機構的力矩彈簧彈性系數，R₁為手柄半徑，R₂為力加載機構的力軸承半徑，R₃為支撐手柄的直線軸承半徑，R₄為復位手柄的復位軸承半徑，u₁為力軸承滾阻系數，f為力矩加載機構的加載輪和手柄之間的滑動摩擦系數，u₂為直線軸承滾阻系數，u₃為復位軸承滾阻系數，u₄為力矩加載機構的輪支撐軸承滾阻系數，F為期望的加載阻力，M為期望的加載阻力矩，Δx₂為手柄位移。

2.根據權利要求1所述的具有手感的血管介入手術機器人操作手柄，其特征在于，所述力加載機構包括力電機、力絲桿、力螺母以及力彈簧；其中：

所述力電機緊固于機架上；

所述力電機的輸出軸通過聯軸器連接所述力絲桿；

所述力螺母旋和在所述力絲桿上，所述力螺母上設置有用于導向止轉的導向桿；

所述力彈簧的一端緊固于所述力螺母，另一端連接手柄的一端。

3.根據權利要求1所述的具有手感的血管介入手術機器人操作手柄，其特征在于，所述力矩加載機構包括力矩電機、力矩絲桿、力矩螺母、力矩彈簧以及加載輪裝置，其中：

所述力矩電機緊固于機架上；

所述力矩電機的輸出軸通過聯軸器連接所述力矩絲桿；

所述力矩螺母旋和在所述力矩絲桿上，所述力矩螺母上設置有用于導向止轉的螺母導桿；

所述力矩彈簧的一端緊固于所述力矩螺母，另一端連接所述加載輪裝置；

所述加載輪裝置包括輪支撐架和加載輪，所述加載輪通過輪軸連接所述輪支撐架；所述加載輪騎行于所述手柄的側面。

4.根據權利要求1所述的具有手感的血管介入手術機器人操作手柄，其特征在于，所述操作裝置還包括操作球以及復位彈簧；其中：

所述手柄通過機架上的直線軸承支撐；

所述操作球用于操作手柄的推拉和旋轉，所述操作球緊固于所述手柄的另一端；

所述復位彈簧套在手柄的另一端，所述復位彈簧用于手柄的自動復位。