【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及介入式的医疗机器人，更具体地涉及用于驱动连续体机器人的后端驱动装置、控制系统和控制方法以及相应的连续体机器人系统。
技术介绍
1、肺部疾病是世界上最大的健康问题之一，是世界范围内死亡的八大原因之一，包括肺栓塞、急性呼吸衰竭和肺炎。冠状病毒疾病(covid-19)是近年来出现的一种新型肺炎。及时诊断和治疗可以减少各种肺部疾病的症状、减轻各种肺部疾病的严重程度、改善患者的健康状况、提升患者的预后生活质量以及延长患者的生存期。
2、早期诊断和精确诊断对于肺部疾病的良好康复，提升肺病患者的愈后生活质量有着极大的意义。但由于肺部的生理构造和功能，及受限于现有的医疗技术和设备，使得一些肺部疾病(原发于小叶支气管及细支气管的疾病)的早期诊断或精确诊断存在一定的难度。尤其对于细支气管区域的肺部疾病，由于其内径范围约为0.5-1毫米，目前没有商用或报道医用设备可以到达此区域开展后续检测、诊断工作。而现有用于肺部的医学影像技术，例如x射线(以ct为代表)，超声成像，核磁共振成像及支气管镜均无法很好的对此区域疾病进行诊断。但对于难以确诊的疾病，经皮穿刺或支气管镜下的活检仍是医学领域用以确诊疾病的黄金标准。
3、尽管目前支气管镜的最小直径可以达到1.8毫米，但其需要医护人员的手动干预，这将增加感染风险。此外，手动操作的准确性和安全性相对较低。
4、因此，细支气管前进探头需要实现亚毫米级别的外径尺寸，并展现较好的活检组织采样能力。此外，获取探头前端病理组织的表观图像并感知此区域病理组织的力学信息将能更好的
5、因此，需要一种相应的用于介入式的医疗机器人的后端驱动装置、相应的控制系统和控制方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提出一种用于实现对包括探头和导管的连续体机器人的精确和安全控制的方案。
2、根据本专利技术的第一方面，提供了一种后端驱动装置，用于驱动前端的连续体机器人，其特征在于，所述连续体机器人包括导管和位于导管中的探头，所述后端驱动装置包括可移动平台和导管推进电机，所述可移动平台上设置有至少三根腱索、至少三个力传感器、至少三个腱索张紧丝杆电机组、探头旋钮电机和探头推进丝杆电机组，其中：
3、所述至少三根腱索的远端连接至所述导管，所述至少三根腱索的近端分别固定至所述至少三个力传感器，
4、所述至少三个力传感器被分别设置在所述至少三个腱索张紧丝杆电机组上，并被配置用于感知所述至少三根腱索受到的外力并产生反馈信号，
5、所述至少三个腱索张紧丝杆电机组分别通过其上的丝杆滑块与相应的力传感器连接，用于通过使所述力传感器在该丝杆滑块上移动来分别控制所述至少三根腱索的张紧和放松，以调整所述导管的位姿，
6、所述探头旋钮电机，其与所述探头连接并且被设置在探头推进丝杆电机组的丝杆滑块上，用于控制所述探头的旋转运动，
7、所述探头推进丝杆电机组通过其上的丝杆滑块与所述探头旋钮电机连接，用于控制所述探头的前进或后退运动，以及
8、所述导管推进电机用于通过位于所述可移动平台下方的底部丝杆控制所述可移动平台进行相应的前进或后退，以进一步控制所述导管的前进或后退运动。
9、在一个实施例中，所述探头推进丝杆电机组被设置位于所述可移动平台的中心，所述至少三个腱索张紧丝杆电机组被设置分布在所述探头推进丝杆电机组两侧。
10、在一个实施例中，所述后端驱动装置还包括：多个编码器，其分别设置在所述腱索张紧丝杆电机组、所述探头推进丝杆电机组、所述导管推进电机和所述探头旋钮电机上，用于分别记录所述腱索张紧丝杆电机组、所述探头推进丝杆电机组和所述导管推进电机的实际位移以及所述探头旋钮电机的实际旋转角度并产生反馈信号。
11、在一个实施例中，所述力传感器包括上端通孔、下端通孔、中间凹槽和设置在该中间凹槽周围的应变片，所述上端通孔用于连接所述至少三根腱索的近端，所述下端通孔用于通过所述腱索张紧丝杆电机组的丝杆滑块连接所述腱索张紧丝杆电机组，所述应变片用于感知所述中间凹槽的变形以计算相连的腱索受到的拉力。
12、在一个实施例中，所述后端驱动装置还包括外源磁控平台，所述外源磁控平台包括至少三对电磁线圈，所述至少三对电磁线圈中的每一对电磁线圈被相对布置在三维空间中的任一维度上，用于向所述探头的涂覆有磁性表皮的探头尖端施加电磁场，以控制调整所述探头尖端的位姿。
13、根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于连续体机器人的控制系统，其特征在于，所述连续体机器人包括导管和位于导管中的探头，所述控制系统包括：
14、输入模块，用于接收输入信息，所述输入信息至少包括表征导管初始位移的量、表征导管中的腱索伸缩的量以及表征探头初始位移的量，
15、反馈模块，用于接收从所述导管和探头分别返回的反馈信号，所述反馈信号至少包括腱索末端拉力信号、探头前端图像信号和探头前端光学信号，
16、控制模块，用于至少根据所述输入信息、所述反馈信号以及导管和探头的目标位置确定所述导管和所述探头各自的位移控制量，以控制导管的前进或后退运动、探头的前进、后退或旋转运动以及所述导管和探头的位姿。
17、在一个实施例中，所述控制系统还包括：环境干扰采集模块，用于收集环境干扰信息并将其提供给所述控制模块，其中，所述环境干扰信息包括所述连续体机器人的自身振动、生物体组织周围振动导致的空间位移以及所述连续体机器人受到的摩擦力。
18、在一个实施例中，所述表征导管初始位移的量包括用于控制导管移动的可移动平台的位移量，所述表征探头初始位移的量包括用于控制探头移动的探头推进丝杆电机组的位移量。
19、根据本专利技术的第三方面，提供了一种连续体机器人系统，其特征在于，所述连续体机器人系统包括连续体机器人以及根据本专利技术的第一方面所述的后端驱动装置，所述连续体机器人包括导管和位于导管中的探头，所述后端驱动装置用于驱动前端的连续体机器人。
20、在一个实施例中，根据本专利技术的第三方面所述的连续体机器人系统，其特征在于，所述连续体机器人系统还包括根据本专利技术的第二方面所述的用于连续体机器人的控制系统，通过使用该控制系统以控制所述连续体机器人的运动和位姿。
21、根据本专利技术的第四方面，提供了一种用于连续体机器人的控制方法，其特征在于，所述连续体机器人包括导管和位于导管中的探头，所述控制方法包括：
22、接收输入信息，所述输入信息至少包括表征导管初始位移的量、表征导管中的腱索伸缩的量以及表征探头初始位移的量，
23、接收从所述导管和探头分别返回的反馈信号，所述反馈信号至少包括腱索末端拉力信号、探头前端图像信号和探头前端光学信号，
24、至少根据所述输入信息、所述反馈信号以及导管和探头的目标位置确定所述导管和所述探头各本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种后端驱动装置，用于驱动前端的连续体机器人，其特征在于，所述连续体机器人包括导管和位于导管中的探头，所述后端驱动装置包括可移动平台和导管推进电机，所述可移动平台上设置有至少三根腱索、至少三个力传感器、至少三个腱索张紧丝杆电机组、探头旋钮电机和探头推进丝杆电机组，其中：
2.根据权利要求1所述的后端驱动装置，其中，
3.根据权利要求1所述的后端驱动装置，其中，还包括：
4.根据权利要求1所述的后端驱动装置，其中，
5.根据权利要求1所述的后端驱动装置，其中，
6.一种用于连续体机器人的控制系统，其特征在于，所述连续体机器人包括导管和位于导管中的探头，所述控制系统包括：
7.根据权利要求6所述的控制系统，还包括：
8.根据权利要求6所述的控制系统，其中，所述表征导管初始位移的量包括用于控制导管移动的可移动平台的位移量，所述表征探头初始位移的量包括用于控制探头移动的探头推进丝杆电机组的位移量。
9.一种连续体机器人系统，其特征在于，所述连续体机器人系统包括连续体机器人以及根据权利要求1
10.根据权利要求9所述的连续体机器人系统，其特征在于，所述连续体机器人系统还包括根据权利要求6-8中任一项所述的用于连续体机器人的控制系统，通过使用该控制系统以控制所述连续体机器人的运动和位姿。
11.一种用于连续体机器人的控制方法，其特征在于，所述连续体机器人包括导管和位于导管中的探头，所述控制方法包括：
12.根据权利要求11所述的控制方法，还包括：
13.根据权利要求11或12所述的控制方法，其中，
14.根据权利要求11或12所述的控制方法，其中，
...【技术特征摘要】
1.一种后端驱动装置，用于驱动前端的连续体机器人，其特征在于，所述连续体机器人包括导管和位于导管中的探头，所述后端驱动装置包括可移动平台和导管推进电机，所述可移动平台上设置有至少三根腱索、至少三个力传感器、至少三个腱索张紧丝杆电机组、探头旋钮电机和探头推进丝杆电机组，其中：
2.根据权利要求1所述的后端驱动装置，其中，
3.根据权利要求1所述的后端驱动装置，其中，还包括：
4.根据权利要求1所述的后端驱动装置，其中，
5.根据权利要求1所述的后端驱动装置，其中，
6.一种用于连续体机器人的控制系统，其特征在于，所述连续体机器人包括导管和位于导管中的探头，所述控制系统包括：
7.根据权利要求6所述的控制系统，还包括：
8.根据权利要求6所述的控制系统，其中，所述表征导管初始位移的量包括用于控制导管移动的可移动平台的位移量，所述表...
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