[发明专利]一种基于图像识别的血管介入手术机器人柔性夹持与测力装置及方法

权利要求书

1.一种基于图像识别的血管介入手术机器人柔性夹持与测力装置，其特征在于：

该柔性夹持与测力装置包括过孔导电滑环、滑环固定件、第一轴承、第二轴承、夹持组件、锥形大齿轮、步进电机、锥形小齿轮、支撑座；

所述的夹持组件包括上外壳、下外壳、左夹爪固定件、柔性左夹爪、传动件、直线导轨、直线伺服电机、右夹爪固定件、柔性右夹爪、补光灯和微型摄像头；

所述的支撑座上带有四个支架，分别为第一支架、第二支架、第三支架和第四支架，过孔导电滑环的定子部分固定安装在第一支架上，第一轴承固定在第二支架上，第二轴承固定在第三支架上，步进电机固定在第四支架上，过孔导电滑环的转子部分外套第一轴承后通过滑环固定件与夹持组件的下外壳通过螺丝固定连接；锥形大齿轮外套第二轴承后与夹持组件的下外壳通过螺丝固定连接；锥形小齿轮与锥形大齿轮啮合，锥形小齿轮通过步进电机驱动；上外壳通过螺丝固定连接在下外壳上；

上外壳与下外壳组成壳体，直线导轨安装在壳体的底部，直线伺服电机的推杆通过伸缩带动传动件在直线导轨上左右移动，左夹爪固定件固定连接在传动件上，柔性左夹爪固定安装在左夹爪固定件上，在壳体的底端右侧有第五支架，右夹爪固定件固定连接在第五支架上，柔性右夹爪固定安装在右夹爪固定件上，补光灯和微型摄像头固定安装在壳体顶端；

过孔导电滑环的转子与微型摄像头、补光灯通过USB线连接，过孔导电滑环的转子还与直线伺服电机通过PWM信号线连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的血管介入手术机器人柔性夹持与测力装置，其特征在于：

采集柔性左夹爪和柔性右夹爪上带有标记点。

3.根据权利要求2所述的一种基于图像识别的血管介入手术机器人柔性夹持与测力装置，其特征在于：

微型摄像头用于采集柔性左夹爪和柔性右夹爪上标记点的图像。

4.一种如权利要求3任一所述的装置进行基于图像识别的血管介入手术机器人柔性夹持与测力方法，其特征在于步骤包括：

首先布置导管/导丝位置，将导管/导丝依次穿过过孔导电滑环、滑环固定件、第一轴承、夹持组件、第二轴承’后从锥形大齿轮穿出；

初始状态下，柔性左夹爪和柔性右夹爪呈松弛状态，导管/导丝能够自由滑动，此时补光灯亮起，微型摄像头实时采集柔性左夹爪和柔性右夹爪上标记点的图像，并将采集到的图像实时传输到计算机，计算机通过图像识别算法捕捉柔性左夹爪和柔性右夹爪上标记点的初始位置，此时计算机估算导管/导丝内应力为0，柔性左夹爪和柔性右夹爪夹持力也为0。

5.根据权利要求4所述的一种基于图像识别的血管介入手术机器人柔性夹持与测力方法，其特征在于：

当需要对导管/导丝进行夹持时，伺服电机的推杆伸出，带动传动件在直线导轨上向左移动，微型摄像头实时采集柔性左夹爪和柔性右夹爪上标记点的图像，并将采集到的图像实时传输到计算机，计算机通过图像识别算法捕捉柔性左夹爪和柔性右夹爪上标记点的移动位置，此时计算机根据标记点的移动位置和初始位置估算柔性左夹爪和柔性右夹爪的夹持力。

6.根据权利要求5所述的一种基于图像识别的血管介入手术机器人柔性夹持与测力方法，其特征在于：

当需要对导管/导丝进行平移时，整个测力装置沿导管/导丝指向方向水平移动，此时如果导管/导丝前端未触碰血管内壁产生应力，则标记点位置不发生改变；如果导管/导丝前端触碰血管内壁产生应力，则柔性夹爪发生形变，形变量受应力的大小影响，方向与运动方向相反，此时标记点位置发生改变，并估算应力的大小，同时根据血管内壁的应力承受强度，调整直线伺服电机的推杆位置，可以释放平移方向上导管/导丝内部应力，保证导管/导丝在血管内安全的行进。

7.根据权利要求6所述的一种基于图像识别的血管介入手术机器人柔性夹持与测力装置，其特征在于：

当需要对导管/导丝进行旋转时，旋转步进电机驱动锥形小齿轮，带动与之啮合的锥形大齿轮转动，进一步带动与锥形大齿轮固连的上外壳和下外壳一同转动，然后带动内部夹持导管/导丝一同转动，在转动过程中，如果导管/导丝没有与血管内壁产生旋转方向的应力作用，则此时标记点的位置不发生变化，如果导管/导丝与血管内壁产生旋转方向的应力作用，那么通过测算柔性左夹爪和柔性右夹爪上标记点的位移改变插值即对旋转方向的应力进行估算，此时根据血管内壁的应力承受强度，调整直线伺服电机的推杆位置，释放旋转方向上导管/导丝内部应力，保证导管/导丝在血管内安全的行进。