[发明专利]一种消化内镜辅助介入机器人的控制系统与控制方法

说明书

技术领域

本发明属于医疗设备技术领域，公开了一种消化内镜辅助介入机器人的控制装置，用于柔性内镜介入辅助机器人的控制。

背景技术

据世界卫生组织统计，全球有70%左右的人患有不同程度的胃肠道疾病。我国有近8000万的胃肠道疾病患者，且随着老龄化人口增长、生活节奏加快、社会应激因素的增加等，胃肠肿瘤、胃肠道出血、胃肠功能紊乱等疾病发病率增加，社会需求巨大。消化内镜检查已成为消化道疾病诊断与治疗的常规手段，具有损伤小、痛苦少、并发症少、恢复快等优点。国内县级及以上医院98%均已开展消化内镜检查，但医生的操作和诊断水平存在较大的差异，而且病人数量远远多于所需要的内镜检查医生；此外，消化道疾病内镜检查诊治具有高污染的风险特点。医生在诊断过程中长期接触病人的唾液、胃肠液、分泌物及污染的血液等，职业风险大，致使工作人员成为易受感染和辐射等的高危人群，并且通过医护人员可能在患者中广泛传播。随着内镜下治疗项目越来越多，感染性疾病患者的内镜检查与治疗，内镜结合X射线等操作增加，受射线照射的机会大为增加。一方面辐射造成全身或局部损害，如致癌、遗传、造血器官、皮肤等损害；另一方面，开展此类手术需要置铅屏、穿铅衣、戴铅帽、脖套，必要时带防护镜，使得医护人员的操作环境昂贵和体力消耗巨大。

利用机器人的高精度、稳定性、灵活性辅助医生进行消化内镜的操作，提高消化内镜操作的水平、效率和安全性，减轻医护人员的人力工作，提高职业防护水平；缓解患者数量众多与训练有素医生严重不足的矛盾。本发明提出的控制系统与控制方法可以通过机器人辅助医生更高精度的完成内镜介入诊断与治疗，并提供力感知，提高操作的安全性。

发明内容

鉴于以上问题，本发明提出一种能够适用于消化内镜辅助介入机器人的控制系统与控制方法，提高消化内镜辅助机器人介入操作的安全性。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种消化内镜辅助介入机器人的控制系统，包括主端控制装置、手柄、脚踏板、底层控制器、电机驱动器、气压调节装置、光电耦合器、电磁阀、力反馈装置和限位保护装置；

所述力反馈装置，用于测量消化内镜介入时近端遇到的阻力和阻力矩；

所述气压调节装置，用于调节气路的气压，控制执行器对消化内镜的夹持力；

所述电磁阀，由光电耦合器控制其通断，用于控制执行器夹持机构的充气与放气，配合执行器驱动机构完成消化内镜输送；

所述底层控制器，用于接收主端控制装置命令处理后发送给所述电机驱动器、气压调节装置、光电耦合器，采样阻力与阻力矩信息传送给所述主端控制装置；

所述限位保护装置，用于保护机器人执行器与消化内镜操作部旋钮不受损坏；

所述主端控制装置，与底层控制器双向连接；

所述底层控制器，第一输出端连接所述电机驱动器，第二输出端连接所述气压调节装置的输入端，IO输出端连接所述光电耦合器的输入端，第一输入端连接所述力传感器的输出端，第二输入端连接所述扭矩传感器的输出端，第三输入端连接所述限位保护装置的输出端；

所述手柄，连接主端控制装置，用于控制胃镜的末端位姿；

所述脚踏板，连接主端控制装置，用于切换工作模式与控制送气、送水、抽吸功能。

所述力反馈装置包括安装在机器人执行器端的阻力测量装置和阻力矩测量装置。

所述主端控制装置包括：

手柄信息提取与处理模块，用于提取手柄动作信息，并处理得到机器人运动指令；

脚踏板信息提取与处理模块，用于提取脚踏板动作信息，处理得到工作模式以及送气、送水与抽吸命令；

力反馈信息处理模块，用于去除力反馈装置测量阻力和阻力矩中零偏和重力的干扰，显示至人机交互界面模块，并根据预设比例映射到主端控制手柄；

人机交互界面模块，用于工作模式的显示设定与机器人状态的显示。

所述人机交互界面模块包括：

力信息提示与报警模块，用于显示输送阻力与扭转阻力矩信息，并在所述阻力与阻力矩超过预设值时启动图像或声音提示报警；

消化内镜动态信息提示模块，用于提示机器人末端执行器的动态信息，包括对消化内镜的输送、旋转、弯曲以及送气、送水、抽吸操作；

消化内镜末端三维姿态显示模块，用于提示消化内镜末端的三维姿态信息，方便操作者进行操作；

工作模式显示设定模块，用于显示与设定控制模式。

所述工作模式的修改方式包括人机交互界面修改与脚踏板修改方式。