[发明专利]一种中远程遥控操作的介入手术机器人装置

权利要求书

1.一种中远程遥控操作的介入手术机器人装置，其特征在于，所述中远程遥控操作的介入手术机器人装置包括X轴位移传感器、Y轴位移传感器、Z轴位移传感器、角度检测传感器、显示装置、数据处理平台、报警装置、无线传输网络、机械臂控制装置、机械臂、介入装置、图像处理装置、图像采集装置、信号处理电路、力传感器(6)、振动传感器以及手持器(1)；

其中，医护人员手握所述手持器(1)，所述手持器(1)内设位移传感器放置区(2)，所述X轴位移传感器、所述Y轴位移传感器以及所述Z轴位移传感器固定放置在所述位移传感器放置区(2)内，所述手持器(1)顶部还设置有角度监测传感器放置区(3)，所述角度监测传感器固定设置于所述角度监测传感器放置区(3)中，在所述手持器(1)内部设置的所述X轴位移传感器、所述Y轴位移传感器、所述Z轴位移传感器以及所述角度监测传感器均与所述数据处理平台连接；所述手持器(1)、所述数据处理平台、所述显示装置以及所述报警装置均设置在医护人员的操作室内，所述机械臂控制装置、所述机械臂、所述介入装置、所述图像处理装置、所述图像采集装置、所述信号处理电路、所述力传感器(6)以及所述振动传感器均设置在手术室内；

所述显示装置和所述报警装置均通过信号连接线与所述数据处理平台连接，所述机械臂控制装置与所述机械臂连接，所述机械臂根据所述机械臂控制装置控制所述介入装置进行作业，所述图像采集装置用于采集所述介入装置的图像信息，所述图像采集装置与所述图像处理装置连接，所述力传感器设置在所述介入装置中，所述力传感器(6)用于监测所述介入装置的力信号，所述力传感器(6)与所述信号处理电路连接，所述振动传感器设置在所述机械臂上，所述振动传感器用于监测所述机械臂在作业时的振动信号，所述数据处理平台通过所述无线传输网络与所述机械臂控制装置、所述图像处理装置、所述信号处理电路以及所述振动传感器连接；

所述介入装置包括第一节介入装置(4)和第二节介入装置(5)，所述力传感器设置于所述第一节介入装置(4)和所述第二节介入装置(5)之间，所述力传感器(6)用于监测所述第一节介入装置(4)和所述第二节介入装置(5)之间的力信号；

医护人员在进行手术时手握所述手持器(1)，所述手持器(1)内的所述X轴位移传感器、所述Y轴位移传感器、所述Z轴位移传感器以及所述角度监测传感器分别用来监测所述手持器(1)的X轴位移信息、Y轴位移信息、Z轴位移信息以及角度信息，所述手持器(1)将上述X轴位移信息、Y轴位移信息、Z轴位移信息以及角度信息传输至所述数据处理平台，所述数据处理平台将接收到的上述X轴位移信息、Y轴位移信息、Z轴位移信息以及角度信息通过所述无线传输网络传输至所述机械臂控制装置，所述机械臂控制装置根据接收到的X轴位移信息、Y轴位移信息、Z轴位移信息以及角度信息以1：1的比例控制所述机械臂作业，所述图像采集装置将采集到的所述介入装置的图像信息传输至所述图像处理装置，所述图像处理装置对接收到的图像进行去噪处理后通过所述无线传输网络将所述介入装置的图像信息传输至所述数据处理平台，所述数据处理平台将接收到的X轴位移信息、Y轴位移信息、Z轴位移信息、角度信息以及介入装置的图像信息传输至所述显示装置进行显示，医护人员能够通过所述显示装置获知所述介入装置的位置信息，以便于操作所述手持器(1)使所述介入装置到达预设位置，所述力传感器(6)将采集到的力信号传输至所述信号处理电路，所述信号处理电路对接收到的力信号进行信号处理后通过所述无线传输网络将力信号传输至所述数据处理平台，所述数据处理平台将接收到的力信号传输至所述显示装置进行显示，所述数据处理平台内存储有预设力信号阈值，若所述数据处理平台接收到的力信号大于所述预设力信号阈值，则所述数据处理平台控制所述报警装置进行声音报警，所述振动传感器将采集到的振动信号通过所述无线传输网络传输至所述数据处理平台，所述数据处理平台内存储有预设振动信号阈值，若所述数据处理平台接收到的振动信号大于所述预设振动信号阈值，则所述数据处理平台控制所述报警装置进行光报警，所述数据处理平台将接收到的力信号和振动信号传输至所述显示装置进行显示；

其中，对介入装置的受力做如下简化：假设介入装置与人体内壁的接触为点接触、忽略血流量及其他因素对介入装置的力的影响以及假设介入装置此时处于平衡状态，假设前部分介入装置对该介入装置的作用力为F1，介入装置与人体内壁三处的接触力分别为Fnl、Fn2、Fn3，介入装置与人体内壁三处的摩擦力分别为Ffl、Ff2、Ff3； 假设此时的介入装置在人体内壁处于受力平衡状态，则其状态方程为：

其中，F1为通过力传感器(6)采集到的力信号分析获得，当介入装置受到的力F1逐渐增大时，若介入装置仍未移动，则介入装置与人体内壁接触的第一点(A)将逐渐由点接触转变为线接触，第一点(A)的处的应力将由于接触面积的增大而基本处于安全状态，但是当介入装置受到的力F1继续增大时候，导致介入装置处于运动的临界状态时候，则认为F1等于预设力信号阈值时为临界状态，介入装置与人体内壁接触的第二点(B)将首先发生滑移，因此介入装置在第二点(B)所受到的接触力为最大，若此时介入装置并未前移，同时医护人员又不断地推进介入装置前行，介入装置在第二点(B)的力会产生积聚效应，会有穿透人体内壁的危险。