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申请/专利权人：武汉理工大学

摘要：本发明公开了一种融合力形感知的介入式导管手术机器人、控制系统及方法，本发明提供的导管手术机器人包括从手与主手两部分；从手包括驱动装置与气路模块，主手包括硬件模块、上位机与控制手柄；气路模块包括气源与气路元件盒两部分，为驱动装置供气；驱动装置通过设置在导管内形状传感器、轴向运动模块内近端力传感器与夹爪内夹持力传感器将力‑形多参数反馈信号传输至硬件模块，并通过网络传输至上位机进行处理；上位机和控制手柄发送控制指令至从手，实现手术机器人的自动控制、手动控制两种控制模式。本发明机器人具有体积小结构简单、采用柔性装置夹持导管、抗电磁干扰、导管力‑形多参数感知的优点，因而具备较好的应用前景。

主权项：1.一种融合力形感知的介入式导管手术机器人，其特征在于：包括从手、主手及控制系统三部分；所述从手包括驱动装置与气路模块，所述主手包括硬件模块、上位机与控制手柄；所述气路模块包括气源与气路元件盒两部分，为所述驱动装置供气；所述驱动装置通过设置在导管内形状传感器、轴向运动模块内近端力传感器与夹爪内夹持力传感器将力-形多参数反馈信号传输至所述硬件模块，并通过网络传输至所述上位机进行处理；所述上位机和控制手柄发送控制指令至所述从手，实现手术机器人的自动控制、手动控制两种控制模式；所述驱动装置包括旋转运动模块1、旋转电机2、导管3、轴向运动模块4、底座5、直线导轨6、滑块7和直线电机8；所述旋转运动模块1固定设置在所述底座5上，通过所述旋转电机2进行驱动；所述轴向运动模块4固定设置在所述滑块7上，在所述直线电机8的驱动下沿所述直线导轨6进行运动；所述直线导轨6固定设置在所述底座5上；所述旋转运动模块包括滚动轴承1.1、第一夹爪1.2、固定夹具左1.3、主动齿轮1.4、从动齿轮1.5、固定夹具右1.6；所述第一夹爪1.2与所述从动齿轮1.5通过楔块配合，所述从动齿轮1.5与所述主动齿轮1.4互相啮合；所述第一夹爪1.2与所述滚动轴承1.1进行过盈配合，所述滚动轴承1.1与所述固定夹具左1.3和固定夹具右1.6进行过盈配合；所述导管3设置有导管形状传感器，包括热缩管3.1、第三光纤3.2、医用导管3.3；所述第三光纤3.2上刻有若干初始中心波长各异的光纤布拉格光栅，间隔分布式集成于医用导管3.3外表面，最外层通过所述热缩管3.1包裹进行固定并起到保护功能；所述第三光纤3.2与导管圆心平行；所述轴向运动模块包括第二夹爪4.1、固定夹具4.2、底板4.3、近端力传感器4.4和活动夹具4.5；所述固定夹具4.2设置在所述底板4.3上；所述活动夹具4.5与所述固定夹具4.2通过楔块配合，只能进行单自由度运动；所述第二夹爪4.1与所述固定夹具4.2和所述活动夹具4.5进行过盈配合，用以将所述导管3近端力传递给夹具；所述近端力传感器4.4设置在所述固定夹具4.2和活动夹具4.5之间，用以测量固定夹具4.2和活动夹具4.5间作用力；所述控制系统，包括主手控制系统与从手控制系统两部分；所述主手控制系统由操作手柄控制子系统和上位机控制子系统组成，所述操作手柄控制子系统包含Joystick摇杆、Arduino和蓝牙；所述从手控制系统包含Arduino硬件模块、驱动器与光电耦合器、解调仪；所述上位机控制子系统是数据处理显示中心和控制命令中转站，与各硬件设备建立通讯后实现控制命令收发、解析、显示、发送四种功能；实现导管手术机器人自动与手动控制模式的自由切换，以及远端接触力超过阈值时的急停功能；所述Arduino硬件模块接收来自主手控制系统的指令包，将其解析后产生运动命令和力信息，然后将运动命令通过驱动器发送脉冲信号去控制电机运动，使得导管产生推拉或旋转运动；所述解调仪，将近端力传感器4.4、夹持力传感器4.1.2和导管形状传感器所测导管力-形感知信号转换为光谱信号，并通过ETH网口发送至上位机控制系统；所述Arduino硬件模块分析夹持力信息，得到进气电磁阀和出气电磁阀需要开启的时间，进而通过驱动光电耦合模块来控制进气电磁阀和出气电磁阀的开闭，实现柔性夹爪的充放气，以稳定夹持导管，防止夹持力过大或过小。

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