УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ФРИКЦИОННОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ПРОВОЛОЧНОГО ПРОВОДНИКА ДЛЯ ИНТЕРВЕНЦИОННОГО ХИРУРГИЧЕСКОГО РОБОТА
DEVICE AND METHOD OF FRICTIONAL FEEDBACK OF WIRE CONDUCTOR FOR INTERVENTIONAL SURGICAL ROBOT

Область техники
Настоящее изобретение относится к области малоинвазивной сосудистой технологии, в частности, к устройству и способу фрикционной обратной связи проволочного проводника для интервенционного хирургического робота.
Уровень техники
Малоинвазивная интервенционная терапия является основным лечением сердечно-сосудистых и цереброваскулярных заболеваний. По сравнению с традиционной хирургией, она обладает преимуществами, связанными с небольшим разрезом и коротким периодом постоперационного восстановления. Сердечно-сосудистая и цереброваскулярная интервенционная хирургия представляет собой процесс, в ходе которого врач вручную вводит катетер, проволочный проводник и стент в тело пациента для завершения лечения.
Интервенционная хирургия имеет следующие проблемы. В ходе операции, вследствие того, что при дигитальной субтракционной ангиографии (DSA) происходит излучение рентгеновских лучей, быстро уменьшается физическая сила врача, а также внимание и устойчивость, что приводит к снижению точности операции. Что легко может привести к несчастным случаям, таким как повреждение интимы сосудов, перфорация и разрыв сосудов вследствие несоответствующего толкающего усилия, что ставит под угрозу жизни пациентов. Во-вторых, кумулятивное повреждение, вызванное длительным ионизационным излучением, существенно повышает риск развития у врачей лейкемии, рака и острой катаракты. Феномен того, что врачи непрерывно аккумулируют излучение по причине интервенционной операции, стало проблемой, которую нельзя игнорировать, так как она наносит ущерб профессиональной жизни врачей и ограничивает развитие интервенционной операции.
С помощью роботизированной технологии, можно эффективно решить вышеуказанные проблемы. Точность и стабильность хирургической операции также могут быть значительно улучшены. В то же время, может быть эффективно снижен вред излучения, наносимый врачам интервенционной терапии, а также может быть снижена вероятность несчастных случаев, происходящих во время операции. Следовательно, все больше и больше внимание уделяется вспомогательному роботу для сердечно-сосудистой и цереброваскулярной интервенционной хирургии, и постепенно он становится ключевым объектом исследований и развития в области медицинских роботов в странах с высоким уровнем развития науки и техники. Тем не менее, широко известно, что робот ничего не чувствует, и то, каким образом обеспечить безопасность в хирургии, является проблемой, волнующей людей. Ключевой задачей, требующей решения, является то, как заставить робота чувствовать как врач и вовремя ощущать повреждение.
В Китае, существует несколько проблем при определении обратной связи, касающейся силы воздействия проволочного проводника интервенционного хирургического робота: (1) конструкция является относительно громоздкой и сложной, и устройство определения обратной связи, касающейся силы воздействия проволочного проводника, приводит к неудобной установке и замене проволочного проводника в роботе; (2) для измерения изменения силы воздействия проволочного проводника используется датчик прямого действия, что не может эффективно обеспечить стерильную среду; (3) отсутствует хороший способ косвенного измерения осевого трения проволочного проводника; (4) зажимное усилие проволочного проводника оказывает значительное влияние на измерение силы трения проволочного проводника, что затрудняет измерение силы трения.
Таким образом, актуальной задачей для специалистов в данной области техники является обеспечение устройства фрикционной обратной связи проволочного проводника для интервенционного хирургического робота.
Краткое описание изобретения
Настоящее изобретение направлено на решение одной из вышеупомянутых технических задач известного уровня техники, по меньшей мере, до определенной степени.
Таким образом, задачей изобретения является обеспечение устройства фрикционной обратной связи проволочного проводника для интервенционного хирургического робота. Устройство решает задачу, связанную с тем, что конструкция известного уровня техники является относительно громоздкой и сложной, и устройство определения обратной связи, касающейся силы воздействия проволочного проводника, приводит к неудобной установке и замене проволочного проводника в роботе. Устройство представляет собой устройство косвенного измерения.
Устройство фрикционной обратной связи проволочного проводника для интервенционного хирургического робота, представленное в настоящем изобретении, включает два набора приводных концевых частей, ведомых концевых частей и зажимных частей, симметрично расположенных вдоль проволочного проводника.
Каждый набор приводной концевой части включает соединитель с U-образным пазом, высокоточный датчик усилия, первый ползун, первую микро линейную направляющую, угловую соединительную пластину и соединительную деталь приводного конца. Верхняя часть соединительной детали приводного конца скользит вдоль направления, параллельного проволочному проводнику, в продольном направлении прямоугольной нижней пластины, приводящей в движение приводной конец механизма. Нижняя часть угловой соединительной пластины скользит перпендикулярно направлению проволочного проводника в верхней части соединительной детали приводного конца. Внешняя сторона вертикальной пластины, присоединенной к одному концу угловой соединительной пластины, расположена впритык с распределительным валом, и верхняя часть другого конца соединена с первой микро линейной направляющей, параллельной направлению проволочного проводника. Первый ползун скользит по первой микро линейной направляющей, и соединитель с U-образным пазом закреплен на верхней части первого ползуна для создания противодействия зажимному усилию проволочного проводника. Высокоточный датчик усилия расположен перпендикулярно проволочному проводнику. Один конец высокоточного датчика усилия закреплен на внутренней стороне вертикальной пластины, и другой конец вставлен в выемку соединителя с U-образным пазом, и ширина выемки больше, чем ширина высокоточного датчика усилия. Высокоточный датчик усилия используется для измерения силы трения на проволочном проводнике. Сторона, удаленная от выемки соединителя с U-образным пазом, соединена с одним концом первой зажимной части.
Каждый набор ведомой концевой части включает вторую зажимную часть, расположенную в соответствии с первой зажимной частью, и соединительную деталь ведомого конца, расположенную в соответствии с соединительной деталью приводного конца, для зажима и толкания проволочного проводника.
Согласно указанному выше техническому решению, по сравнению с известным уровнем техники, настоящее изобретение обеспечивает устройство фрикционной обратной связи проволочного проводника для интервенционного хирургического робота с относительно простой, компактной конструкцией и хорошей стабильностью. Когда зажимная часть подвергается воздействию в направлении зажатия проволочного проводника, усилие передается к угловой соединительной пластине через соединитель с U-образным пазом, первый ползун и первую микро линейную направляющую. Высокоточный датчик усилия измеряет только осевое усилие проволочного проводника, а именно, толкающие усилие, воспринимаемое высокоточным датчиком усилия (т. е. силу трения на проволочном проводнике), чтобы оценить изменение силы осевого трения проволочного проводника. Это дает врачам своевременное напоминание о действии и защищает безопасность пациентов. Изобретение устанавливает способ косвенного измерения силы и решает проблему неудобной установки проволочного проводника и устройства измерения силы.
Кроме того, каждый набор приводной концевой части включает второй ползун и вторую микро линейную направляющую. Нижняя часть угловой соединительной пластины соединена со вторым ползуном в вертикальном направлении относительно проволочного проводника, и верхняя часть соединительной детали приводного конца снабжена второй микро линейной направляющей, скользящей со вторым ползуном.
Кроме того, каждый набор приводной концевой части включает пружину и политетрафтористую накладку. Два конца пружины соответственно зацеплены и закреплены между внешней стороной вертикальной пластины и политетрафтористой накладкой. Политетрафтористая накладка всегда расположена впритык с распределительным валом.
Кроме того, каждый набор ведомой концевой части включает третий ползун, соединительную пластину ведомого конца и третью микро линейную направляющую. Соединительная пластина ведомого конца расположена в противоположном направлении относительно угловой соединительной пластины. Соединительная деталь ведомого конца закреплена рядом со стороной проволочного проводника на соединительной пластине ведомого конца. Верхняя часть соединительной пластины ведомого конца соединена с третьей микро линейной направляющей параллельно проволочному проводнику. Вторая зажимная часть закреплена на верхней части третьего ползуна и скользит по третьей микро линейной направляющей.
Кроме того, каждый набор первой зажимной части включает первый цилиндрический электромагнит и активный подвижный блок. Ось первого цилиндрического электромагнита перпендикулярна направлению проволочного проводника, и один конец первого цилиндрического электромагнита закреплен на соединителе с U-образным пазом, и другой конец магнитно соединен с активным подвижным блоком.
Кроме того, каждый набор второй зажимной части включает второй цилиндрический электромагнит и пассивный подвижный блок. Второй цилиндрический электромагнит вертикально закреплен на верхней части третьего ползуна. Плоскость оси второго цилиндрического электромагнита параллельна плоскости проволочного проводника. Верхняя часть второго цилиндрического электромагнита магнитно соединена с пассивным подвижным блоком, соприкасающимся с активным подвижным блоком.
Настоящее изобретение обеспечивает способ фрикционной обратной связи проволочного проводника для интервенционного хирургического робота. Способ включает: применение упомянутого выше устройства фрикционной обратной связи проволочного проводника для интервенционного хирургического робота совместно с устройством возвратно-поступательного движения интервенционного хирургического робота;
попеременное зажатие и перемещение, с помощью двух наборов зажимных частей, проволочного проводника в ходе возвратно-поступательного движения проволочного проводника;
измерение силы трения при движении проволочного проводника путем обнаружения сигнала изменения силы от высокоточного датчика усилия для косвенного отражения силы на конце проволочного проводника; и
передачу данных на сторону управления приводного конца двигательного механизма робота для предоставления своевременной обратной связи врачу.
Посредством этого, изобретение устанавливает способ косвенного измерения силы и решает проблему, связанную с тем, что проволочный проводник и устройство измерения силы не удобны для установки.
Краткое описание чертежей
С целью более ясного объяснения вариантов осуществления настоящего изобретения или технических решений известного уровня техники, кратко представлены следующие чертежи, которые необходимо использовать в описании вариантов осуществления изобретения или известного уровня техники. Очевидно, что чертежи в последующем описании представляют собой только варианты осуществления настоящего изобретения. Специалистами в данной области техники, могут быть получены другие чертежи на основе представленных чертежей без творческой работы.
ФИГ. 1 представляет собой трехмерное схематическое изображение устройства фрикционной обратной связи проволочного проводника для интервенционного хирургического робота, представленного в соответствии с изобретением;
ФИГ. 2 представляет собой трехмерное изображение приводной концевой части устройства фрикционной обратной связи проволочного проводника для интервенционного хирургического робота, представленного в соответствии с изобретением;
ФИГ. 3 представляет собой частичное схематическое изображение ФИГ. 2;
ФИГ. 4 представляет собой изображение в разобранном виде устройства фрикционной обратной связи проволочного проводника для интервенционного хирургического робота, представленного в соответствии с изобретением;
при этом, проволочный проводник (101), распределительный вал (102), первый цилиндрический электромагнит (103), второй цилиндрический электромагнит (1031), соединительная деталь ведомого конца (104), пассивный подвижный блок (105), активный подвижный блок (106), третий ползун (107), соединительная пластина ведомого конца (108), третья микро линейная направляющая (109), соединитель с U-образным пазом (201), высокоточный датчик усилия (202), первый ползун (203), первая микро линейная направляющая (204), угловая соединительная пластина (205), второй ползун (206), вторая микро линейная направляющая (207), политетрафтористая накладка (208), соединительная деталь приводного конца (209), группа зубчатой передачи (300), прямоугольная нижняя пластина (D).
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
Далее, подробно описаны варианты осуществления настоящего изобретения, варианты осуществления которого показаны на прилагаемых чертежах, где одинаковые или аналогичные элементы или элементы, имеющие аналогичные функции, обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Варианты осуществления изобретения, описанные ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, являются примерами и предназначены для объяснения изобретения, и не должны рассматриваться как ограничение изобретения.
В описании изобретения, следует понимать, что термины “вверх”, “вниз”, “передний”, “задний”, “левый”, “правый”, “вертикальный”, “горизонтальный”, “верхний”, “нижний”, “внутренний”, "внешний" и т.д., указывающие ориентацию или взаимное расположение, основаны на изображениях, представленных на чертежах, только для облегчения описания изобретения и упрощения описания, а не для указания или допущения того, что упомянутые устройства или элементы должны иметь определенную ориентацию, быть сконструированы и работать в определенной ориентации, и, соответственно, это не следует рассматривать как ограничение изобретения.
Кроме того, термины "первый", "второй" используются только в описательных целях и не должны рассматриваться как указание или допущение относительной важности или косвенного указания количества упомянутых технических признаков. Следовательно, признак, определенный как "первый" или "второй", может включать один или несколько признаков, явным или неявным образом. В описании настоящего изобретения, "множество" означает два или больше двух, если иное не определено специально.
В настоящем изобретении, если иное не указано или не определено явным образом, термины "установка", "соединение" и "крепление" следует понимать в широком смысле. Например, фиксированное соединение или разъемное соединение, или одно целое; механически или электрически соединенные; прямо или косвенно соединенные через промежуточную среду, либо в сообщении между двумя элементами или во взаимосвязи между ними. Специалисты в данной области техники могут понять конкретные значения приведенных выше терминов в настоящем изобретении, в зависимости от обстоятельств.
В настоящем изобретении, если иное не указано или не определено явным образом, первый признак, находящийся "вверху" или "внизу" относительно второго признака, может включать первый и второй признаки в прямом контакте; также может включать первый и второй признаки не в прямом контакте, но с помощью средств дополнительного признака устанавливается контакт между ними. Кроме того, такие термины, как "вверх", "над" и "на" первого признака включают первый признак, находящийся непосредственно над и косвенно над вторым признаком, или просто указывают, что уровень первого признака выше, чем уровень второго признака. Если первый признак находится "внизу", "ниже" и "под", второй признак включает первый признак, находящийся непосредственно ниже и косвенно ниже второго признака, или просто указывает, что уровень первого признака ниже, чем второго признака.
Ссылаясь на ФИГ. 1, настоящее изобретение обеспечивает устройство фрикционной обратной связи проволочного проводника для интервенционного хирургического робота, включающее два набора приводных концевых частей, ведомых концевых частей и зажимных частей, расположенных вдоль проволочного проводника 101.
Каждый набор приводной концевой части включает соединитель с U-образным пазом 201, высокоточный датчик усилия 202, первый ползун 203, первую микро линейную направляющую 204, угловую соединительную пластину 205 и соединительную деталь приводного конца 209. Верхняя часть соединительной детали приводного конца 209 скользит в направлении, параллельном проволочному проводнику 101, в продольном направлении прямоугольной нижней пластины D, приводящей в движение приводной конец механизма. Нижняя часть угловой соединительной пластины 205 скользит перпендикулярно направлению проволочного проводника 101 на верхней части соединительной детали приводного конца 209. Внешняя сторона вертикальной пластины, присоединенной к одному концу угловой соединительной пластины 205, расположена впритык с распределительным валом 102, и верхняя часть другого конца соединена с первой микро линейной направляющей 204, параллельной направлению проволочного проводника 101. Первый ползун 203 скользит по первой микро линейной направляющей 204, и соединитель с U-образным пазом 201 закреплен на верхней части первого ползуна 203 для создания противодействия зажимному усилию проволочного проводника 101. Высокоточный датчик усилия 202 расположен перпендикулярно проволочному проводнику 101. Один конец высокоточного датчика усилия 202 закреплен на внутренней стороне вертикальной пластины, и другой конец вставлен в выемку соединителя с U-образным пазом 201, и ширина выемки больше, чем ширина высокоточного датчика усилия 202. Высокоточный датчик усилия 202 используется для измерения силы трения на проволочном проводнике 101. Сторона, удаленная от выемки соединителя с U-образным пазом 201, соединена с одним концом первой зажимной части.
Каждый набор ведомой концевой части включает вторую зажимную часть, расположенную в соответствии с первой зажимной частью, и соединительную деталь ведомого конца 104, расположенную в соответствии с соединительной деталью приводного конца 209, для зажима и толкания проволочного проводника 101.
Настоящее изобретение обеспечивает устройство фрикционной обратной связи проволочного проводника для интервенционного хирургического робота, с относительно простой, компактной конструкцией и хорошей устойчивостью. Когда зажимная часть подвергается воздействию в направлении зажатия проволочного проводника, усилие передается к угловой соединительной пластине через соединитель с U-образным пазом, первый ползун и первую микро линейную направляющую. Высокоточный датчик усилия измеряет только осевое усилие проволочного проводника, а именно, толкающее усилие, воспринимаемое высокоточным датчиком усилия (т.е. силу трения на проволочном проводнике), чтобы оценить изменение силы осевого трения проволочного проводника. Это дает врачам своевременное напоминание о действии и защищает безопасность пациентов. Изобретение устанавливает способ косвенного измерения силы и решает проблему, касающуюся неудобной установки проволочного проводника и устройства измерения силы.
Ссылаясь на ФИГ. 2 и ФИГ. 3, каждый набор приводной концевой части дополнительно включает второй ползун 206 и вторую микро линейную направляющую 207. Нижняя часть угловой соединительной пластины 205 соединена со вторым ползуном 206 в вертикальном направлении относительно проволочного проводника 101, и верхняя часть соединительной детали приводного конца 209 снабжена второй микро линейной направляющей 207, скользящей со вторым ползуном 206.
Преимущественно, что каждый набор приводной концевой части дополнительно включает пружину и политетрафтористую накладку 208. Два конца пружины соответственно зацеплены и закреплены между внешней стороной вертикальной пластины и политетрафтористой накладкой 208. Политетрафтористая накладка 208 всегда расположена впритык с распределительным валом 102.
Ссылаясь на ФИГ. 4, каждый набор ведомой концевой части дополнительно включает третий ползун 107, соединительную пластину ведомого конца 108 и третью микро линейную направляющую 109. Соединительная пластина ведомого конца 108 расположена в противоположном направлении относительно угловой соединительной пластины 205. Соединительная деталь ведомого конца 104 закреплена рядом со стороной проволочного проводника 101 на соединительной пластине ведомого конца 108. Верхняя часть соединительной пластины ведомого конца 108 соединена с третьей микро линейной направляющей 109 параллельно проволочному проводнику 101. Вторая зажимная часть закреплена на верхней части третьего ползуна 107 и скользит по третьей микро линейной направляющей 109.
Ссылаясь на ФИГ. 1 и ФИГ. 2, каждый набор первой зажимной части включает первый цилиндрический электромагнит 103 и активный подвижный блок 106. Ось первого цилиндрического электромагнита 103 перпендикулярна направлению проволочного проводника 101. Один конец первого цилиндрического электромагнита 103 закреплен на соединителе с U-образным пазом 201, и другой конец магнитно соединен с активным подвижным блоком 106.
Ссылаясь на ФИГ. 4 (фиг.1), каждый набор второй зажимной части включает второй цилиндрический электромагнит 1031 и пассивный подвижный блок 105. Второй цилиндрический электромагнит 1031 вертикально закреплен на верхней части третьего ползуна 107. Плоскость оси второго цилиндрического электромагнита 1031 параллельна плоскости проволочного проводника 101, и верхняя часть второго цилиндрического электромагнита 1031 магнитно соединена с пассивным подвижным блоком 105, соприкасающимся с активным подвижным блоком 106.
В настоящем изобретении, приводные концевые части, ведомые концевые части и зажимные части имеют два набора левой и правой сторон, их формы и размеры одинаковы, и функции являются аналогичными, однако они работают в разных положениях и в разные моменты времени. Устройство используется в возвратно-поступательном двигательном механизме и имеет две группы зажимных частей для зажима проволочного проводника. При взаимодействии распределительного вала 102 и группы зубчатой передачи 300 (конструкция группы зубчатой передачи показана в патентном документе 201911259494.4), два соединительных стержня в группе зубчатой передачи соответственно соединены с двумя наборами основных концевых соединительных деталей для приведения в движение двух наборов приводных концевых частей для скольжения вдоль длины прямоугольной нижней пластины, и затем завершения зажима и толкания с помощью зажимных частей ведомых концевых частей. На распределительном вале предусмотрены четыре кулачка, и кулачки имеют определенную угловую разницу для обеспечения того, что в одно и то же время, только одна группа кулачков толкает приводную концевую часть, чтобы заставить зажимное устройство проволочного проводника зажать проволочный проводник 101. Следовательно, только когда проволочный проводник зажат, устройство тактильной обратной связи (высокоточный весовой датчик) может уловить сигнал, а когда проволочный проводник ослаблен, нет необходимости улавливать сигнал датчика. Пассивный подвижный блок 105 на ведомом конце двигательного механизма применяется для помощи в натяжении проволочного проводника. Политетрафтористая накладка 208 приклеивается к угловой соединительной пластине 205. Под действием пружины, политетрафтористая накладка 208 всегда расположена в соответствии с распределительным валом 102. Когда группа активных подвижных блоков 106 и пассивных подвижных блоков 105 зажимает проволочный проводник 101, и первый электромагнит воспринимает усилие в направлении зажатия проволочного проводника, усилие передается к угловой соединительной пластине 205 через соединитель с U-образным пазом 201, первый ползун 203 и первую микро линейную направляющую 204. Высокоточный датчик усилия 202 измеряет только силу вдоль осевого направления проволочного проводника, т.е. силу трения на проволочном проводнике.
Изобретение обеспечивает способ фрикционной обратной связи проволочного проводника для интервенционного хирургического робота, включающий:
применение устройства фрикционной обратной связи проволочного проводника для интервенционного хирургического робота согласно любому из пунктов 1-6 формулы изобретения в сочетании с устройством возвратно-поступательного движения интервенционного хирургического робота;
попеременное зажатие и перемещение, с помощью двух наборов зажимных частей, проволочного проводника в ходе возвратно-поступательного движения проволочного проводника;
измерение силы трения при движении проволочного проводника путем обнаружения сигнала изменения силы от высокоточного датчика усилия для косвенного отражения силы на конце проволочного проводника; и
передачу данных на сторону управления приводного конца двигательного механизма робота для предоставления своевременной обратной связи врачу.
В изобретении, степень точность высокоточного датчика усилия меньше или равна 0.01 Н.
В описании настоящего изобретения, ссылка к описанию терминов “один вариант осуществления изобретения”, “некоторые варианты осуществления изобретения”, “пример”, “конкретный пример” или “некоторые примеры” или т.п., предназначена для упоминания определенных признаков, конструкций, материалов или признаков, которые включены, по меньшей мере, в один вариант осуществления изобретения или пример изобретения. В описании изобретения, схематические представления вышеуказанных терминов не обязательно относится к одним и тем же вариантам осуществления изобретения или примерам. Более того, определенные признаки, конструкции, материалы или описанные признаки могут сочетаться в любом одном или нескольких вариантах осуществления изобретения или примерах соответствующим образом. Кроме того, специалисты в данной области техники могут объединять и комбинировать различные варианты осуществления изобретения или примеры, представленные в данном описании изобретения.
Несмотря на то, что варианты осуществления настоящего изобретения представлены и описаны выше, следует понимать, что варианты осуществления изобретения, описанные выше, являются примерами и не должны рассматриваться как ограничение изобретения. Вариации, модификации, замены описанных выше вариантов осуществления изобретения могут быть сделаны специалистами в данной области техники в пределах объема настоящего изобретения.