遙操作手術(shù)機(jī)器人的磁阻式力反饋控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種遙操作手術(shù)機(jī)器人的磁阻式力反饋控制系統(tǒng)，屬于人機(jī)交互【技術(shù)領(lǐng)域】。該系統(tǒng)包括手術(shù)操控端和手術(shù)執(zhí)行端；所述手術(shù)操控端包括連桿Ⅰ、電磁線圈Ⅰ、電磁線圈Ⅱ、位移傳感器、直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)Ⅰ、電流源Ⅰ和電流源Ⅱ；所述手術(shù)執(zhí)行端包括直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)Ⅱ、連桿Ⅱ和力傳感器；所述位移傳感器的輸入端連接連桿Ⅰ，輸出端連接直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)Ⅰ；所述連桿Ⅱ固定設(shè)置在直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)Ⅱ上，且與力傳感器連接，且所述力傳感器輸出至電流源Ⅰ輸入端，電流源Ⅰ輸出至電磁線圈Ⅰ輸入端。本實(shí)用新型通過(guò)兩電磁線圈產(chǎn)生的相互作用力來(lái)反饋手術(shù)執(zhí)行端的作用力，磁阻式力反饋控制方法構(gòu)建的力反饋控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精確度高且易于實(shí)現(xiàn)。
【專利說(shuō)明】遙操作手術(shù)機(jī)器人的磁阻式力反饋控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種力反饋重建及控制技術(shù)，特別涉及遙操作手術(shù)機(jī)器人的磁阻式力反饋控制技術(shù)，屬于人機(jī)交互【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]遙操作微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)為外科醫(yī)生提供了傳統(tǒng)微創(chuàng)手術(shù)的操作環(huán)境，但是可以協(xié)助醫(yī)生完成更精細(xì)的手術(shù)動(dòng)作，減少手術(shù)時(shí)由于疲勞產(chǎn)生的誤操作或手部震顫造成的損傷。同時(shí)，微創(chuàng)手術(shù)因損傷小、愈合快為患者帶來(lái)更理想的手術(shù)結(jié)果而得到廣泛的應(yīng)用。觸覺(jué)力反饋在微創(chuàng)外科手術(shù)中發(fā)揮著極其重要的作用，醫(yī)生通過(guò)觸覺(jué)感受組織硬度、測(cè)量組織屬性、評(píng)估解剖學(xué)結(jié)構(gòu)從而實(shí)施安全的手術(shù)行為。美國(guó)的達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)(daVinciSystem)提高了傳統(tǒng)微創(chuàng)手術(shù)的操控能力，同時(shí)還提供了自動(dòng)糾錯(cuò)功能，但由于缺乏力和觸覺(jué)反饋功能，醫(yī)生憑借內(nèi)窺鏡圖像及經(jīng)驗(yàn)難以獲取末端執(zhí)行器和組織間的動(dòng)態(tài)力學(xué)信息。美國(guó)Sensable公司的PHANTOM系統(tǒng)具有6個(gè)自由度，具有較好的靜態(tài)特性以及較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，但是該設(shè)備的反饋力較小，無(wú)法滿足微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人在力覺(jué)導(dǎo)航方面的需求。ForceDimens1n公司的Omega和Delta系列力/觸覺(jué)設(shè)備采用獨(dú)特結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了較大的工作空間、作用力輸出以及再現(xiàn)剛度，但是缺乏空間返回功能且力反饋精度較低，距離實(shí)際臨床應(yīng)用還有距離。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本實(shí)用新型的目的在于克服上述不足，提供一種遙操作手術(shù)機(jī)器人的磁阻式力反饋控制系統(tǒng)，通過(guò)力反饋技術(shù)，提高手術(shù)安全性以及可靠性，讓醫(yī)生在實(shí)施遙操作手術(shù)時(shí)感受到遠(yuǎn)端執(zhí)行機(jī)構(gòu)與組織間的相互作用力。
[0004]一種遙操作手術(shù)機(jī)器人的磁阻式力反饋控制系統(tǒng)包括手術(shù)操控端和手術(shù)執(zhí)行端；所述手術(shù)操控端包括連桿1、電磁線圈1、電磁線圈I1、位移傳感器、直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)1、電流源I和電流源II ;所述手術(shù)執(zhí)行端包括直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)I1、連桿II和力傳感器；
[0005]所述連桿I設(shè)置在手術(shù)操控手柄上，且固定設(shè)置與電磁線圈I上，電磁線圈II固定設(shè)置在直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)I上，所述位移傳感器的輸入端連接連桿I，輸出端連接直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)I ;
[0006]所述連桿II固定設(shè)置在直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)II上，且與力傳感器連接，且所述力傳感器輸出至電流源I輸入端，電流源I輸出至電磁線圈I輸入端；所述電流源II輸出至電磁線圈II輸入端，用于向電磁線圈II提供恒定電流。
[0007]本實(shí)用新型的有益技術(shù)效果是:本實(shí)用新型通過(guò)兩電磁線圈產(chǎn)生的相互作用力來(lái)反饋手術(shù)執(zhí)行端的作用力，磁阻式力反饋控制方法構(gòu)建的力反饋控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精確度高且易于實(shí)現(xiàn)；能夠使醫(yī)生在實(shí)施手術(shù)遙操作的過(guò)程中感受到手術(shù)執(zhí)行端與組織之間的作用力，有效地提高了手術(shù)的安全性。
[0008]本實(shí)用新型的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說(shuō)明書(shū)中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的，或者可以從本實(shí)用新型的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本實(shí)用新型的目標(biāo)和其它優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)下面的說(shuō)明書(shū)，權(quán)利要求書(shū)，以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中:
[0010]圖1為本實(shí)用新型遙操作手術(shù)機(jī)器人的磁阻式力反饋控制系統(tǒng)的結(jié)果示意圖；
[0011]圖2為本實(shí)用新型遙操作手術(shù)機(jī)器人的磁阻式力反饋控制方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]以下是本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說(shuō)明本實(shí)用新型，而不是為了限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0013]參見(jiàn)附圖1，本實(shí)用新型一種遙操作手術(shù)機(jī)器人的磁阻式力反饋控制系統(tǒng)，包括手術(shù)操控端和手術(shù)執(zhí)行端；所述手術(shù)操控端包括連桿1、電磁線圈1、電磁線圈I1、位移傳感器、直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)1、電流源I和電流源II ;所述手術(shù)執(zhí)行端包括直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)I1、連桿II和力傳感器；
[0014]所述連桿I設(shè)置在手術(shù)操控手柄上，且固定設(shè)置與電磁線圈I上，電磁線圈II固定設(shè)置在直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)I上，所述位移傳感器的輸入端連接連桿I，輸出端連接直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)I ;
[0015]所述連桿II固定設(shè)置在直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)II上，且與力傳感器連接，且所述力傳感器輸出至電流源I輸入端，電流源I輸出至電磁線圈I輸入端；所述電流源II輸出至電磁線圈II輸入端，用于向電磁線圈II提供恒定電流。
[0016]參照附圖2，一種遙操作微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人力反饋控制系統(tǒng)的具體操作方法，包括以下步驟:
[0017]1)位移傳感器獲取手術(shù)操控手柄的連桿I以及電磁線圈I的直線位移，并將該信號(hào)輸出至直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)I;
[0018]2)直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)I根據(jù)獲取的位移信號(hào)驅(qū)動(dòng)電磁線圈II產(chǎn)生相同的位移，以保持電磁線圈I和電磁線圈II之間的距離屯恒定；
[0019]3)電流源II以恒定電流1(!在電磁線圈II產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)；
[0020]4)力傳感器通過(guò)連桿II檢測(cè)手術(shù)執(zhí)行端的力學(xué)信號(hào)F。，電流源I根據(jù)該力學(xué)信號(hào)F。在電磁線圈I上產(chǎn)生可變磁場(chǎng)；
[0021]5)電磁線圈I的磁場(chǎng)與電磁線圈II的磁場(chǎng)產(chǎn)生相互作用力FM，其大小與方向等同于手術(shù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)連桿II上力傳感器受到的作用力F。；
[0022]6)直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)II通過(guò)控制連桿II的位移控制手術(shù)執(zhí)行端的動(dòng)作。
[0023]醫(yī)生在利用手術(shù)機(jī)器人進(jìn)行遙操作的手術(shù)過(guò)程中，通常不能有效地感受到手術(shù)執(zhí)行端與手術(shù)組織之間的作用力，因此導(dǎo)致醫(yī)生在手術(shù)操控端的作用力不能很精確，但是通過(guò)本力反饋系統(tǒng)以及方法，使得手術(shù)操控端可以反饋得到手術(shù)執(zhí)行端對(duì)組織的作用力，醫(yī)生可以參考反饋的作用力，進(jìn)一步調(diào)節(jié)對(duì)手術(shù)組織的作用力的位置或大小。
[0024]最后說(shuō)明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其做出各種各樣的改變，而不偏離本實(shí)用新型權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種遙操作手術(shù)機(jī)器人的磁阻式力反饋控制系統(tǒng)，其特征在于:包括手術(shù)操控端和手術(shù)執(zhí)行端；所述手術(shù)操控端包括連桿1、電磁線圈1、電磁線圈I1、位移傳感器、直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)1、電流源I和電流源II ;所述手術(shù)執(zhí)行端包括直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)I1、連桿II和力傳感器；所述連桿I設(shè)置在手術(shù)操控手柄上，且固定設(shè)置與電磁線圈I上，電磁線圈II固定設(shè)置在直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)I上，所述位移傳感器的輸入端連接連桿I，輸出端連接直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)I ； 所述連桿II固定設(shè)置在直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)II上，且與力傳感器連接，且所述力傳感器輸出至電流源I輸入端，電流源I輸出至電磁線圈I輸入端；所述電流源II輸出至電磁線圈II輸入端，用于向電磁線圈II提供恒定電流。
【文檔編號(hào)】A61B19/00GK204033495SQ201420459327
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】施益智, 李耀, 傅艦艇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院