[发明专利]血管介入手术机器人主端力反馈装置及其工作方法

权利要求书

1.一种血管介入手术机器人主端力反馈装置，其特征在于它包括圆柱形导磁棒、操作杆、导管、内含轴承的连接扣、实心光电编码器、空心光电编码器、线圈、绕线管、导向轨、磁铁；所述圆柱形导磁棒两端设置磁铁；所述绕线管套在圆柱形导磁棒；所述线圈缠在绕线管的一端；所述操作杆一端与绕线管固定，另一端与连接扣连接；所述导管一端与连接扣内的轴承连接，另一端穿过空心光电编码器，并与空心光电编码器内轴固定；所述导向轨与实心光电编码器的实心轴固定，导向轨的外周与操作杆连接；所述圆柱形导磁棒、实心光电编码器及空心光电编码器分别通过支撑结构支撑安装；

所述圆柱形导磁棒通过支撑架固定支撑安装；所述空心光电编码器通过空心编码器安装板固定支撑安装；所述空心编码器安装板与滑轨连接构成滑动配合安装；

所述实心光电编码器通过支架固定支撑安装；

所述支撑架、滑轨、支架均安装在高度可调的底板上；

所述导向轨为垂直方向成对安装，其中一个导向轨与实心光电编码器固定，另一个导向轨通过支架和固定板支撑安装；所述操作杆通过两导向轨之间；所述固定板安装在高度可调的底板上；

所述导向轨为圆形；

所述导管与空心光电编码器内轴通过顶丝固定；

所述实心光电编码器采用2500线实心光电编码器；所述空心光电编码器采用2500线空心光电编码器。

2.根据权利要求1所述一种血管介入手术机器人主端力反馈装置，其特征在于所述磁铁及圆柱形导磁棒截面的直径为10-13mm；

所述线圈的直径为0.1-0.3mm；

所述滑轨量程为0-100mm；

所述圆柱形导磁棒、操作杆、线圈、绕线管及磁铁构成轴向力反馈单元；

所述实心光电编码器采用2500线实心光电编码器，经过正交解码芯片形成4倍频，转一圈需要10000步，导向轨圆周的周长是91.06-97.34mm，所以实心光电编码器精度是0.01mm，通过旋转的角度输出前进位移；空心光电编码器采用2500线空心光电编码器，用正交解码芯片形成4倍频，转一圈同样需要10000步，精度为0.036度。

3.根据权利要求1所述一种血管介入手术机器人主端力反馈装置，其特征在于它的工作步骤为：

(1)操作的实现：测量旋转角度时，旋转导管带动空心光电编码器的内轴旋转即可测出旋转角度；测量轴向运动信息时，操作杆与导管同时前进，并带动与操作杆固定的绕线管同时运动，实心光电编码器的实心轴通过导向轨跟随操作杆转动将前进位移转化为旋转角度；当绕线管运动到顶端后，将操作杆撤回，开始新一轮的操作；

(2)操作信息的提取：

Ⅰ、对于轴向运动信息的采集，实心光电编码器实心轴通过导向轨跟随操作杆转动，将前进位移转化为旋转角度；

Ⅱ、对于旋转信息，导管带动空心光电编码器的内轴旋转即可测出旋转角度；

(3)从操作器的操作力在主操作器的力反馈:

对于轴向操作力反馈，通过应用缠在绕线管一端的通电线圈在磁场中运动产生：绕线管将圆柱形导磁棒包裹在绕线管里面，将操作杆与绕线杆中间固定，从而测出的力更加精准，推动导管，让通电线圈在磁场中运动，从而产生电磁感应力，通电线圈产生的电磁力为对操作杆的阻尼信号，操作杆的一端接收通电线圈产生的阻尼力，通过导管传递给医生的手；不同的电流产生的阻力也不一样，通过控制电流的大小，保证阻力与从端导管内部的接触力保持一致，这个力直接反馈给医生从而形成闭环系统。

4.根据权利要求3所述一种血管介入手术机器人主端力反馈装置，其特征在于所述步骤(1)中空心光电编码器在滑轨上运动，从而减小滑动摩擦力；

所述步骤(2)中实心光电编码器采用2500线实心光电编码器，经过正交解码芯片形成4倍频，转一圈需要10000步，导向轨圆周的周长是91.06-97.34mm,所以实心光电编码器精度是0.01mm，通过旋转的角度输出前进位移；空心光电编码器采用2500线空心光电编码器，用正交解码芯片形成4倍频，转一圈同样需要10000步，精度为0.036度。