本发明专利技术涉及一种微创血管介入手术机器人导管近端力扭矩检测装置，包括导管推送装置、扭转传动机构以及无线光电传感PCB；其中：扭转传动机构包括扭转电机、旋转轴、传动小齿轮、传动大齿轮、柔性挠曲件以及导管夹紧装置，所述柔性挠曲件与传动大齿轮相连接，导管夹紧装置与柔性挠曲件相连接；扭转电机可驱动传动小齿轮带动传动大齿轮旋转，继而带动导管旋转；导管推送装置可带动扭转传动机构进行直线运动；当从端导管受到阻力时，该阻力通过导管夹紧装置传递给柔性挠曲件，引起柔性挠曲件产生周向位移变形，无线光电传感PCB根据这一位移变形产生数字信号，继而实现从端导管扭矩在线检测，便于医生直接感知导管操作阻力，进而感知从端手术的操作状态。从端手术的操作状态。从端手术的操作状态。
【技术实现步骤摘要】
一种微创血管介入手术机器人导管近端力扭矩检测装置
[0001]本专利技术涉及医疗设备领域，具体涉及一种便于感知导管运动深度以及操作阻力的微创血管介入手术机器人导管近端力扭矩检测装置。
技术介绍
[0002]日益高发的心脑血管疾病严重影响国民健康与社会生活，为中国医疗卫生体系带来巨大压力。血管微创介入疗法是针对各类血管疾病的主要治疗手段，能减少患者创伤及痛苦，缩短术后恢复时间，可有效提高医疗资源利用率。借助机器人技术进行导管、导丝遥操作的手术方法，可以大幅提高手术操作的精度与稳定性，同时能有效降低放射线对主刀医生的伤害，提高手术安全性。心脑血管介入手术辅助机器人逐渐成为当今各科技强国在医疗机器人领域的重点研发对象。
[0003]目前血管介入手术机器人主要采用主从式操作结构，以将医生与放射线隔离。那么医生对从端手术操作状态的感知，其中包括导管或导丝的推送阻力、扭转阻力以及导管或导丝的进给速度的感知，对手术能够顺利进行和手术安全至关重要；但是现有血管介入手术机器人多集中于推拉、扭转操作动作的高精度实现，对从端导丝或导管推送力和旋捻力矩的在线检测研究不足；并且很少有专用的力传感装置可以直接测量手术导管受到的阻力信息，多数研究都集中在利用力传感器间接检测手术导管的受力情况，因为是间接测量，不可避免存在线性度差、灵敏度低且存在力损耗等方面的问题，继而影响操作的安全性。此外，现有血管介入手术机器人进行导管速度检测的方式普遍较为复杂且精度不足，相关研究多集中于实现速度检测装置的简易化和高精度测量，缺少一种可同时进行高精度导管轴向进给速度检测以及导管旋转阻力在线检测的血管微创介入手术机器人。
技术实现思路
[0004]基于现有主从式操作结构的血管微创手术介入机器人存在上述缺陷和不足，本专利技术提供了一种血管微创介入手术机器人导管近端力扭矩检测装置，该装置可以直接进行从端导管操作力和扭矩的在线检测，且检测灵敏度高、线性度高，便于医生精确感知导管的推送和旋捻阻力，以提高手术操作的透明性和安全性。
[0005]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种微创血管介入手术机器人导管近端力扭矩检测装置，主要由导管、驱动所述导管旋转的扭转传动机构以及无线光电传感PCB组成，所述扭转传动机构包括扭转电机、旋转轴、传动小齿轮、传动大齿轮、柔性挠曲件以及导管夹紧装置；
[0006]其中：所述扭转电机的输出端与旋转轴相连接，旋转轴与传动小齿轮相连接，传动小齿轮与传动大齿轮相齿合，传动大齿轮与柔性挠曲件相连接，柔性挠曲件与导管夹紧装置相连接；所述导管由导管夹紧装置的端部穿入，由柔性挠曲件的端部引出；所述传动大齿轮上设有PCB加载板，所述无线光电传感PCB安装于PCB加载板上，并位于柔性挠曲件的正上方；
[0007]所述柔性挠曲件主要由多个平行布置的平面弹簧结构、多个平行布置的十字梁结构、导管套管以及阶梯轴组成，多个所述平面弹簧结构以及多个所述十字梁结构分别设置于导管套管上，所述阶梯轴设置于导管套管的端部，用于与传动大齿轮相连接；所述平面弹簧结构由三个沿圆周方向以120
°
间隔均匀布置的曲梁以及与所述曲梁相连接的外围端构成；所述十字梁结构由四个沿圆周向均匀分布形成十字形结构的横梁以及与所述横梁相连接的外围端构成。
[0008]上述方案中，多个所述平面弹簧结构整体布置于多个所述十字梁结构的左侧；所述柔性挠曲件整体结构一体设置，由高性能尼龙材料制成。
[0009]作为优选，所述平面弹簧结构设置有四个，两两为一组，各组之间排列设置；所述十字梁结构设置有七个，整体平行排列于外围端内部。
[0010]上述方案中，所述导管夹紧装置与所述柔性挠曲件配套设置，包括与柔性挠曲件相连接的外部套管，所述外部套管内部配合设置有花键状套筒、螺旋弹簧以及楔形夹紧块；其中：所述花键状套筒一端为可嵌套于柔性挠曲件上的中空圆柱，另一端为沿圆周方向120
°
切槽成花键状的套筒，所述套筒嵌设于楔形夹紧块中；所述螺旋弹簧设置于花键状套筒与楔形夹紧块之间；所述楔形夹紧块由相互连接的空心圆柱与夹紧圆柱构成；所述空心圆柱与套筒配合设置，夹紧圆柱内部设有截面小于空心圆柱的楔形阶梯状结构，用于在外力作用下夹紧花键状套筒，实现对导管的夹紧；所述外部套管上设有至少一个用于抵紧楔形夹紧块的调节螺栓，所述调节螺栓用于辅助手动调整楔形夹紧块对导管的夹紧程度；所述导管夹紧装置由高性能尼龙材料制成。
[0011]上述方案中，所述扭转传动机构还包括左侧支撑板、右侧支撑板以及连接左侧支撑板与右侧支撑板的底部支撑板；所述左侧支撑板分别用于支撑旋转轴以及柔性挠曲件的阶梯轴，所述右侧支撑板用于支撑导管夹紧装置。
[0012]上述方案中，所述扭转传动机构通过底部支撑板整体设置于导管推送装置上，所述导管推送装置包括第一安装板、第二安装板、轴向电机以及丝杆，所述丝杆设置于第一安装板以及第二安装板上，所述轴向电机用于驱动所述丝杆旋转，所述丝杆上安装有与其配合设置的丝杆滑块，所述丝杆滑块滑配安装于线性导轨上。
[0013]进一步地，所述左侧支撑板上设有与柔性挠曲件对接的导管固定板，所述导管固定板表面设有导管通道，导管固定板上方设有用于检测导管运动速度的有线光电传感PCB。
[0014]作为优选，所述PCB加载板包括圆形固定板，所述圆形固定板上设有两个平行设置的翼板，所述圆形固定板固定于传动大齿轮上，两个翼板上设有PCB固定板，所述无线光电传感器安装于PCB固定板上。
[0015]进一步地，所述传动小齿轮上设有第一圆形凸台，所述第一圆形凸台通过多个顶丝与旋转轴连接固定；所述传动大齿轮上设有第二圆形凸台，所述第二圆形凸台通过多个顶丝与柔性挠曲件的阶梯轴连接固定。
[0016]上述方案中，所述导管还可为导丝，本专利技术以导管为例。
[0017]本专利技术同现有技术相比具有以下优点及效果：
[0018](1)本专利技术所述的微创血管介入手术机器人导管近端力扭矩检测装置中，通过设置由扭转电机、旋转轴、传动小齿轮、传动大齿轮、柔性挠曲件以及导管夹紧装置构成的扭转传动机构实现导管的径向旋转，其中：所述柔性挠曲件固定于传动大齿轮上，导管夹紧装
置固定于柔性挠曲件上；同时，所述柔性挠曲件的上方还设置有集成于传动大齿轮上的无线光电传感PCB；当从端导管受到阻力时，该阻力通过导管夹紧装置传递给柔性挠曲件，并引起柔性挠曲件产生轴向或周向位移变形，无线光电传感PCB根据这一位移变形产生像素点随导丝/导管力和力矩大小变化的数字信号，然后通过PC进行数据采集，实现从端导丝或导管操作力和扭矩的在线检测，便于医生直接感知导管/导丝的操作阻力，进而感知从端手术的操作状态。
[0019](2)在本专利技术所述的扭转传动机构中，所述柔性挠曲件由多个平面弹簧结构和多个十字梁结构进行构型综合设计得到，其中：单个所述平面弹簧结构由由三个沿圆周方向以120
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间隔均匀布置的曲梁以及与所述曲梁相连接的外围端构成；单个所述十字梁结构由四个沿圆本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种微创血管介入手术机器人导管近端力扭矩检测装置，其特征在于，主要由导管、无线光电传感PCB、驱动所述导管旋转的扭转传动机构组成，所述扭转传动机构包括扭转电机、旋转轴、传动小齿轮、传动大齿轮、柔性挠曲件以及导管夹紧装置；其中：所述扭转电机的输出端与旋转轴相连接，旋转轴与传动小齿轮相连接，传动小齿轮与传动大齿轮相齿合，传动大齿轮与柔性挠曲件相连接，柔性挠曲件与导管夹紧装置相连接；所述导管由导管夹紧装置的端部穿入，由柔性挠曲件的端部引出；所述传动大齿轮上设有PCB加载板，所述无线光电传感PCB安装于PCB加载板上，并位于柔性挠曲件的正上方；所述柔性挠曲件主要由多个平行布置的平面弹簧结构、多个平行布置的十字梁结构、导管套管以及阶梯轴组成，多个所述平面弹簧结构以及多个所述十字梁结构分别设置于导管套管上，所述阶梯轴设置于导管套管的端部，用于与传动大齿轮相连接；所述平面弹簧结构由三个沿圆周方向以120
°
间隔均匀布置的曲梁以及与所述曲梁相连接的外围端构成；所述十字梁结构由四个沿圆周向均匀分布形成十字形结构的横梁以及与所述横梁相连接的外围端构成。2.根据权利要求1所述的一种微创血管介入手术机器人导管近端力扭矩检测装置，其特征在于，多个所述平面弹簧结构整体布置于多个所述十字梁结构的左侧；所述柔性挠曲件整体结构一体设置，由高性能尼龙材料制成。3.根据权利要求2所述的一种微创血管介入手术机器人导管近端力扭矩检测装置，其特征在于，所述平面弹簧结构设置有四个，两两为一组，各组之间排列设置；所述十字梁结构设置有七个，整体平行排列于外围端内部。4.根据权利要求3所述的一种微创血管介入手术机器人导管近端力扭矩检测装置，其特征在于，所述导管夹紧装置与所述柔性挠曲件配套设置，包括与柔性挠曲件相连接的外部套管，所述外部套管内部配合设置有花键状套筒、螺旋弹簧以及楔形夹紧块；其中：所述花键状套筒一端为可嵌套于柔性挠曲件上的中空圆柱，另一端为沿圆周方向120
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切槽成花键状的套筒，所述套筒嵌设于楔形夹紧块中；所述螺旋弹...
【专利技术属性】
技术研发人员：史超阳，赖德伟，王树新，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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