一种丝控蛇骨组件的运动控制装置、控制方法及控制系统与流程

本发明涉及丝控蛇骨组件控制，尤其是指一种丝控蛇骨组件的运动控制装置、控制方法及控制系统。

背景技术：

1、腹腔镜手术是在腹腔镜下，手术器械通过穿刺器小孔进入人体，对病灶处理，靠近腹腔内部的一端称为器械远端，另一端称为器械近端。现有的腹腔镜器械大多缺少末端独立运动自由度，但部分腹腔镜手术对手术操作精细度和灵活度要求极大。例如：公开号为：202410488698x，发明名称：基于齿轮控制的腹腔镜手术器械的中国发明专利就公开了一种依靠手部旋转拨轮，控制偏摆驱动组件，带动钳头具备一个偏摆自由度，再控制自转拨轮实现钳头和传导机构整体旋转以实现钳头在二自由度上的任意方向操作，两处拨轮无法一只手同时操作，对于术者来说操作不便利，且操作中映射不直接，学习周期长。

2、针对微创医疗器械远端二自由度能实现类似人手腕部二自由度摆动，或者将人手腕部运动直接映射到当前医疗器械领域的众多产品中，创新性地为微创医疗器械增加了末端二自由度结构，增加末端灵活度，其中主要有串联滑轮关节和连续体蛇骨两种形式；串联滑轮关节形式的二自由度关节，单个关节只有单自由度，驱动难度低，而连续体蛇骨中的单个关节具有二自由度，但是其驱动难度高，如用纯机械结构驱动，则驱动结构复杂。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中采用机械控制连续体蛇骨驱动难度高、驱动结构复杂的问题，提供一种丝控蛇骨组件的运动控制装置、控制方法及控制系统，使用有源驱动结构，对丝控蛇骨组件运动时的非线性区域进行补偿，能取得更好的驱动效果，降低驱动结构的复杂度。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种丝控蛇骨组件的运动控制装置，用于控制所述丝控蛇骨组件摆动，其特征在于，包括：

3、驱动机构，与所述丝控蛇骨组件连接，包括驱动组件和第一传感器，所述丝控蛇骨组件中的驱动丝与所述驱动组件连接，并由所述驱动组件控制收放，带动所述丝控蛇骨组件的摆动，所述第一传感器检测所述驱动组件的姿态变化；

4、输入机构，作为外部控制驱动组件的接口，包括：操作组件和第二传感器，所述操作组件与所述驱动组件电连接，所述操作组件向所述驱动组件发送驱动信号，所述第二传感器检测所述操作组件的姿态变化。

5、在本发明的一个实施例中，所述驱动组件包括：

6、驱动源；

7、绕丝滑轮，所述绕丝滑轮与所述驱动源连接，所述绕丝滑轮由所述驱动源带动，所述驱动丝缠绕在所述绕丝滑轮上，所述第一传感器检测所述绕丝滑轮的转动角度，作为所述驱动组件的实际输出姿态。

8、在本发明的一个实施例中，所述驱动组件还包括：

9、连接杆，用于连接所述驱动组件和所述丝控蛇骨组件，所述连接杆中开设有供所述驱动丝穿过的通孔。

10、在本发明的一个实施例中，所述驱动组件还包括：

11、导向滑轮，所述导向滑轮与所述绕丝滑轮配合，用于改变所述驱动丝的传动方向。

12、在本发明的一个实施例中，所述绕丝滑轮上设置有：穿丝孔和凹槽，所述驱动丝经过所述凹槽后穿过并固定在所述穿丝孔上。

13、在本发明的一个实施例中，所述操作组件包括：

14、基座；

15、旋转座，设置在所述基座上，所述旋转座能够相对于所述基座沿第一轴向转动；

16、旋转轴，设置在所述旋转座上，所述旋转轴能够相对于所述旋转座沿第二轴向转动；

17、手柄，设置在所述旋转轴上，通过所述手柄能够向所述旋转轴和旋转座提供控制力；

18、在所述旋转座和所述旋转轴上均设置有第二传感器，两个所述第二传感器分别检测所述旋转座和所述旋转轴的转动角度。

19、其中：所述操作组件能够配合一组或两组驱动组件使用，独立向所述驱动组件发送驱动信号，能够控制一自由度或二自由度的丝控蛇骨组件摆动。

20、在本发明的一个实施例中，当所述丝控蛇骨组件为多自由度结构时，根据所述丝控蛇骨组件的自由度数量对应设置多组驱动组件和操作组件的数量。

21、在本发明的一个实施例中，所述第一传感器和第二传感器均为磁编码角度传感器，所述驱动组件和操作组件上均设置有与所述磁编码角度传感器配合的检测磁体。

22、为解决上述技术问题，本发明还提供了一种丝控蛇骨组件的运动控制方法，采用上述丝控蛇骨组件的运动控制装置实现，包括以下步骤：

23、采集操作组件的控制姿态变化，作为丝控蛇骨组件的目标姿态输入，为驱动组件提供驱动信号；

24、采集驱动组件的实际姿态变化，作为丝控蛇骨组件的实际姿态输出；

25、对丝控蛇骨组件的目标姿态输入和丝控蛇骨组件的实际姿态输出进行位置闭环计算，控制丝控蛇骨组件运动到目标姿态位置。

26、为解决上述技术问题，本发明还提供了一种丝控蛇骨组件的运动控制系统，能够实现上述丝控蛇骨组件的运动控制方法，所述运动控制系统能够实现所述操作组件与所述驱动组件的电连接；

27、所述运动控制系统能够接收操作组件的目标姿态输入信号，并向所述驱动组件输出驱动信号；

28、所述运动控制系统还能够接收驱动组件的实际姿态输出，并与目标姿态输入进行位置闭环计算，控制丝控蛇骨组件运动到目标姿态位置。

29、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

30、本发明公开了一种丝控蛇骨组件的运动控制装置，相比于现有技术的机械式操控，设置输入机构作为外部控制驱动组件的接口，采用操作组件与所述驱动组件电连接，并向驱动组件发送驱动信号，通过第二传感器检测操作组件的姿态变化，作为驱动组件的目标姿态变化的输入信号，通过第一传感器检测驱动组件的实际姿态变化作为反馈，形成闭环控制，从而实现对丝控蛇骨组件的有源驱动，降低类似丝控蛇骨组件的应用难度和机械复杂度，推动丝控蛇骨组件在微创手术领域的应用。

31、并且，在上述运动控制装置的基础上，本发明还提供了一种应用上述运动控制装置完成的丝控蛇骨组件的运动控制方法、以及能够实现该运动控制方法的丝控蛇骨组件的运动控制系统，进一步公开了如何利用上述运动控制装置实现对丝控蛇骨组件的有源控制，能够实现对任意丝控蛇骨组件的灵活、精确、快捷控制。

技术特征：

1.一种丝控蛇骨组件的运动控制装置，用于控制所述丝控蛇骨组件摆动，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的丝控蛇骨组件的运动控制装置，其特征在于：所述驱动组件包括：

3.根据权利要求2所述的丝控蛇骨组件的运动控制装置，其特征在于：所述驱动组件还包括：

4.根据权利要求2所述的丝控蛇骨组件的运动控制装置，其特征在于：所述驱动组件还包括：

5.根据权利要求2所述的丝控蛇骨组件的运动控制装置，其特征在于：所述绕丝滑轮上设置有：穿丝孔和凹槽，所述驱动丝经过所述凹槽后穿过并固定在所述穿丝孔上。

6.根据权利要求1所述的丝控蛇骨组件的运动控制装置，其特征在于：所述操作组件包括：

7.根据权利要求6所述的丝控蛇骨组件的运动控制装置，其特征在于：当所述丝控蛇骨组件为多自由度结构时，根据所述丝控蛇骨组件的自由度数量对应设置多组驱动组件和操作组件的数量。

8.根据权利要求1所述的丝控蛇骨组件的运动控制装置，其特征在于：所述第一传感器和第二传感器均为磁编码角度传感器，所述驱动组件和操作组件上均设置有与所述磁编码角度传感器配合的检测磁体。

9.一种丝控蛇骨组件的运动控制方法，其特征在于：采用上述权利要求1～8任意一项所述的运动控制装置实现，包括以下步骤：

10.一种丝控蛇骨组件的运动控制系统，能够实现上述权利要求9所述的方法，所述运动控制系统能够实现所述操作组件与所述驱动组件的电连接；

技术总结本发明涉及一种丝控蛇骨组件的运动控制装置、控制方法及控制系统，用于控制所述丝控蛇骨组件摆动，包括：驱动机构，与所述丝控蛇骨组件连接，包括驱动组件和第一传感器，所述丝控蛇骨组件中的驱动丝与所述驱动组件连接，并由所述驱动组件控制收放，带动所述丝控蛇骨组件的摆动，所述第一传感器检测所述驱动组件的姿态变化；输入机构，作为外部控制驱动组件的接口，包括：操作组件和第二传感器，所述操作组件与所述驱动组件电连接，所述操作组件向所述驱动组件发送驱动信号，所述第二传感器检测所述操作组件的姿态变化。本发明使用有源驱动结构，对丝控蛇骨组件运动时的非线性区域进行补偿，能取得更好的驱动效果，降低驱动结构的复杂度。技术研发人员：请求不公布姓名,请求不公布姓名,请求不公布姓名,请求不公布姓名,请求不公布姓名受保护的技术使用者：绍兴博源医疗科技有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6