介入机器人力反馈系统的制作方法

allin2025-12-22  23


本申请涉及到血管介入机器人,具体而言,涉及到一种介入机器人力反馈系统。


背景技术:

1、与传统的开放手术相比,在某些情况下,患者通常更倾向于选择恢复快、并发症少的治疗方法,血管介入手术满足了这一需求。但是现有的血管介入手术机器人没有完善的力反馈系统,这意味着在通过介入机器人进行精细的手术操作时,医生无法通过机器人获得足够反映器械受力的力觉反馈,从而影响手术的精确度和安全性。

2、因此,现有的血管介入手术机器人没有完善的力反馈系统导致手术操作过程中精确度不足的问题是亟待解决的问题。


技术实现思路

1、本申请的主要目的为提供一种介入机器人力反馈系统,旨在解决现有的血管介入手术机器人没有完善的力反馈系统导致手术操作过程中精确度不足的技术问题。

2、一种介入机器人力反馈系统,所述介入机器人包括机器人主端和与所述机器人主端通信连接的机器人从端,所述机器人主端包括机器人主端控制器、器械操作件和与所述器械操作件连接的执行机构;所述机器人从端包括用于夹持细长型医疗器械的医疗器械驱动机构;

3、所述机器人主端控制器获取机器人从端发送的医疗器械驱动机构质量m、第一力值和加速度值;其中,所述第一力值为所述细长型医疗器械递送的阻力值;所述加速度值表示所述医疗器械驱动机构递送的加速度值;

4、对所述第一力值进行第一次滤波处理,得到第二力值;

5、根据所述加速度值和医疗器械驱动机构质量m,对所述第二力值进行去干扰处理,获取第三力值;

6、对所述第三力值进行第二次滤波处理,得到目标反馈力;

7、基于所述目标反馈力,使所述执行机构给所述器械操作件施加目标反馈力,其中,所述目标反馈力的方向与所述器械操作件的运动方向相反。

8、进一步地,所述对所述第一力值进行第一次滤波处理,得到第二力值,包括:

9、基于一阶滤波算法公式对所述第一力值进行一阶低通滤波,得到所述第二力值;所述一阶滤波算法公式如下所示:

10、y[n]=a·x[n]+(1-a)·y[n-1]

11、其中,y[n]是在时间点n的滤波输出;x[n]是在时间点n的原始输入信号;a是滤波系数,在0和1之间。

12、进一步地,所述根据所述加速度值和医疗器械驱动机构质量m,对所述第二力值进行去干扰处理,获取第三力值,包括:

13、基于公式f′=f-m·a计算第三力值f′,其中,f是第二力值,a为加速度值。

14、进一步地,所述机器人从端还包括医疗器械递送机构、机器人从端控制器和与所述机器人从端控制器连接的力检测机构,所述器械驱动机构安装在所述医疗器械递送机构上,在递送方向上与所述力检测机构保持抵接且在递送方向上可相对所述医疗器械递送机构移动;

15、所述力检测机构在检测到所述医疗器械递送机构递送所述细长型医疗器械受到阻力时,生成所述阻力对应的压力模拟量并发送给所述机器人从端控制器;

16、所述机器人从端控制器对所述压力模拟量进行处理得到第一力值,并将所述第一力值发送给所述机器人主端控制器。

17、进一步地,所述机器人从端控制器对所述压力模拟量进行处理得到第一力值,包括:

18、所述机器人从端控制器通过模拟放大电路对所述压力模拟量进行放大,得到放大模拟量,并通过滤波电路对所述放大模拟量进行滤波处理,得到滤波模拟量;

19、将所述滤波模拟量输入到模数转换器进行模数转换,得到所述第一力值。

20、进一步地,所述机器人从端还包括安装在所述医疗器械递送机构上的位移检测机构;

21、当所述细长型医疗器械未安装在所述医疗器械驱动机构上时,所述机器人从端控制器控制所述医疗器械递送机构移动,并获取所述力检测机构发送的携带有时间信号的空载压力值和所述位移检测机构发送的携带有时间信号的若干空载位移值,基于若干所述空载位移值,得到空载加速度值;

22、基于时间信号,采用预设算法对相应时刻的所述空载加速度值和空载压力值进行计算,得到医疗器械驱动机构质量m。

23、进一步地,所述对所述第三力值进行第二次滤波处理,得到目标反馈力,包括:

24、基于以下公式对第三力值进行移动均值滤波处理,得到第四力值:

25、其中,y[]是滤波后的输出;x[k]是原始输入数据;n是滤波器的长度;m是滤波窗口一侧的数据点数;

26、对所述第四力值进行精处理,得到目标反馈力。

27、进一步地,所述机器人从端还包括安装在所述医疗器械递送机构上的弹性件,所述弹性件用于使所述医疗器械驱动机构与力检测机构保持抵接;所述对所述第四力值进行精处理,得到目标反馈力,包括:

28、将所述第四力值减去预先获取的弹簧预紧力,得到初反馈力,其中,所述弹簧预紧力是表示医疗器械递送机构未启动工作时,所述医疗器械驱动机构与力检测机构保持抵接的力;

29、对所述初反馈力进行倍数处理,得到目标反馈力。

30、进一步地,所述机器人主端还包括与所述机器人主端控制器连接的操作件控制器,所述操作件控制器用于控制所述执行机构;所述基于所述目标反馈力,使所述执行机构给所述器械操作件施加目标反馈力,包括:

31、所述机器人主端控制器将所述目标反馈力发送给所述操作件控制器;

32、所述操作件控制器在接收到所述目标反馈力时,检测所述器械操作件上的触摸开关是否启动;

33、当所述器械操作件上的触摸开关启动,则所述操作件控制器控制所述执行机构在所述器械操作件施加目标反馈力。

34、进一步地,在所述操作件控制器控制所述执行机构在所述器械操作件施加目标反馈力后,所述力反馈系统还包括:获取所述器械操作件运动方向上的实时反馈力,采用pid算法对所述目标反馈力和实时反馈力进行闭环处理,获取矫正操作力,所述操作件控制器控制所述执行机构给予所述器械操作件施加矫正操作力,其中,所述矫正操作力的方向与所述器械操作件的运动方向相反。

35、有益效果:

36、本系统通过获取医疗器械驱动机构的质量、阻力值和加速度值,并对这些数值进行滤波处理和去干扰处理,最终得到目标反馈力。利用这个目标反馈力,可以使执行机构给器械操作件施加目标反馈力,从而帮助医生在进行精细的手术操作时获得足够的力觉反馈,帮助医生更好地控制细长型医疗器械的递送过程,并应对血管形态多样性及患者个体差异性,从而提高手术的精确度和安全性。



技术特征:

1.一种介入机器人力反馈系统,所述介入机器人包括机器人主端和与所述机器人主端通信连接的机器人从端,所述机器人主端包括机器人主端控制器、器械操作件和与所述器械操作件连接的执行机构;所述机器人从端包括用于夹持细长型医疗器械的医疗器械驱动机构;其特征在于以下步骤:

2.根据权利要求1所述的介入机器人力反馈系统,其特征在于,所述对所述第一力值进行第一次滤波处理,得到第二力值,包括:

3.根据权利要求1所述的介入机器人力反馈系统,其特征在于,所述根据所述加速度值和医疗器械驱动机构质量m,对所述第二力值进行去干扰处理,获取第三力值,包括:

4.根据权利要求1所述的介入机器人力反馈系统,其特征在于,所述机器人从端还包括医疗器械递送机构、机器人从端控制器和与所述机器人从端控制器连接的力检测机构,所述器械驱动机构安装在所述医疗器械递送机构上,在递送方向上与所述力检测机构保持抵接且在递送方向上可相对所述医疗器械递送机构移动;

5.根据权利要求4所述的介入机器人力反馈系统,其特征在于,所述机器人从端控制器对所述压力模拟量进行处理得到第一力值,包括:

6.根据权利要求4所述的介入机器人力反馈系统,其特征在于,所述机器人从端还包括安装在所述医疗器械递送机构上的位移检测机构;

7.根据权利要求4所述的介入机器人力反馈系统,其特征在于,所述对所述第三力值进行第二次滤波处理,得到目标反馈力,包括:

8.根据权利要求7所述的介入机器人力反馈系统,其特征在于,所述机器人从端还包括安装在所述医疗器械递送机构上的弹性件,所述弹性件用于使所述医疗器械驱动机构与力检测机构保持抵接;所述对所述第四力值进行精处理,得到目标反馈力,包括:

9.根据权利要求1所述的介入机器人力反馈系统,其特征在于,所述机器人主端还包括与所述机器人主端控制器连接的操作件控制器,所述操作件控制器用于控制所述执行机构;所述基于所述目标反馈力,使所述执行机构给所述器械操作件施加目标反馈力,包括:

10.根据权利要求9所述的介入机器人力反馈系统,其特征在于,在所述操作件控制器控制所述执行机构在所述器械操作件施加目标反馈力后,所述力反馈系统还包括:获取所述器械操作件运动方向上的实时反馈力,采用pid算法对所述目标反馈力和实时反馈力进行闭环处理,获取矫正操作力,所述操作件控制器控制所述执行机构给予所述器械操作件施加矫正操作力,其中,所述矫正操作力的方向与所述器械操作件的运动方向相反。


技术总结
本申请涉及到血管介入机器人技术领域,公开了介入机器人力反馈系统,包括:所述机器人主端控制器获取机器人从端发送的医疗器械驱动机构质量m、第一力值和加速度值;其中,所述第一力值为所述细长型医疗器械递送的阻力值;所述加速度值表示所述医疗器械驱动机构递送的加速度值;对所述第一力值进行第一次滤波处理,得到第二力值;根据所述加速度值和医疗器械驱动机构质量m,对所述第二力值进行去干扰处理,获取第三力值;对所述第三力值进行第二次滤波处理,得到目标反馈力;基于所述目标反馈力,使所述执行机构给所述器械操作件施加目标反馈力,其中,所述目标反馈力的方向与所述器械操作件的运动方向相反。本申请能够提供更可靠的实时力反馈。

技术研发人员:郭健,姚刚,王建
受保护的技术使用者:深圳爱博合创医疗机器人有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/10/31
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