本發(fā)明涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域，具體地，涉及一種具有手感的血管介入手術(shù)機(jī)器人操作手柄及其控制方法。更為詳細(xì)地，涉及一種可以對(duì)導(dǎo)管、導(dǎo)絲進(jìn)行遙控并能將導(dǎo)管導(dǎo)絲阻力加載到手柄的裝置及其控制方法。

背景技術(shù)：

血管介入手術(shù)機(jī)器人是一種代替醫(yī)生在病人側(cè)進(jìn)行導(dǎo)管導(dǎo)絲操作的裝置，而醫(yī)生則需要對(duì)機(jī)器人進(jìn)行遙控。遙操作可以使醫(yī)生避開射線損傷，并且通過機(jī)械和運(yùn)動(dòng)控制算法來消除醫(yī)生手部顫抖，提高介入精準(zhǔn)度。遙操作手柄是醫(yī)生和機(jī)器人的交互工具，通過操作手柄將醫(yī)生的動(dòng)作信息傳遞給機(jī)器人，進(jìn)而機(jī)器人操作導(dǎo)管導(dǎo)絲。開發(fā)可靠安全、操作友好的操作手柄是介入手術(shù)機(jī)器人發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

sensiji機(jī)器人導(dǎo)管系統(tǒng)是最早使用的血管介入手術(shù)機(jī)器人，醫(yī)生在三維圖像引導(dǎo)下，對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行遙操作，操作醫(yī)生有力覺反饋。catheterrobotics公司開發(fā)的血管介入手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)手柄可以控制導(dǎo)管軸向運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以及導(dǎo)管前端彎曲角度，可以進(jìn)入角度比較刁鉆的血管。加拿大西安大略大學(xué)開發(fā)了以真實(shí)導(dǎo)管導(dǎo)絲作為操作手柄的進(jìn)退和轉(zhuǎn)動(dòng)操作裝置，沒有力反饋。日本芝浦工業(yè)大學(xué)的血管介入導(dǎo)管系統(tǒng)通過電流變液實(shí)現(xiàn)導(dǎo)管操作力的反饋。中國(guó)哈爾濱工業(yè)大學(xué)利用摩擦對(duì)滾的方式進(jìn)行管絲輸運(yùn)，利用主手感知力反饋。天津理工大學(xué)探索過使用磁流變液體作為力反饋介質(zhì)。深圳先進(jìn)技術(shù)研究院使用電機(jī)進(jìn)行力反饋實(shí)現(xiàn)主端操作。

從各種資料來看，血管介入手術(shù)機(jī)器人操作手柄，第一功能需求是需要能夠操作導(dǎo)管導(dǎo)絲的旋轉(zhuǎn)、推拉以及二者的混合，第二功能需求是需要能夠?qū)⒉∪藗?cè)導(dǎo)管導(dǎo)絲在介入過程中的阻力或者阻力矩反饋到醫(yī)生操作端，增強(qiáng)醫(yī)生的手感和臨場(chǎng)感，增加手術(shù)操作的安全性和穩(wěn)定性。目前，滿足第一功能需求的方法比較多，也比較成熟，但是能夠同時(shí)滿足第二功能需求仍然存在一些困難，例如加載力和力矩的動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整、力和力矩之間的耦合等，需要探索新的結(jié)構(gòu)和原理。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種具有手感的血管介入手術(shù)機(jī)器人操作手柄及其控制方法。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種具有手感的血管介入手術(shù)機(jī)器人操作手柄，其特征在于，包括：

機(jī)架；

操作裝置：用于發(fā)出旋轉(zhuǎn)和/或推拉導(dǎo)管導(dǎo)絲的操作命令；

力加載機(jī)構(gòu)：用于將推拉導(dǎo)管導(dǎo)絲時(shí)受到的推拉阻力反饋到操作裝置；

力矩加載機(jī)構(gòu)：用于將旋轉(zhuǎn)導(dǎo)管導(dǎo)絲時(shí)受到的阻力矩反饋到操作裝置；

所述推拉阻力是通過力加載機(jī)構(gòu)與操作裝置的手柄的一端之間形成的彈力產(chǎn)生；

所述阻力矩是通過力矩加載機(jī)構(gòu)的加載輪與操作裝置的手柄的側(cè)面形成的摩擦力產(chǎn)生；

操作裝置、力加載機(jī)構(gòu)以及力矩加載機(jī)構(gòu)均設(shè)置于機(jī)架上。

優(yōu)選地，所述力加載機(jī)構(gòu)包括力電機(jī)、力絲桿、力螺母以及力彈簧；其中：

所述力電機(jī)緊固于機(jī)架上；

所述力電機(jī)的輸出軸通過聯(lián)軸器連接所述力絲桿；

所述力螺母旋和在所述力絲桿上，所述力螺母上設(shè)置有用于導(dǎo)向止轉(zhuǎn)的導(dǎo)向桿；

所述力彈簧的一端緊固所述力螺母，另一端連接手柄的一端。

優(yōu)選地，所述力矩加載機(jī)構(gòu)包括力矩電機(jī)、力矩絲桿、力矩螺母、力矩彈簧以及加載輪裝置，其中：

所述力矩電機(jī)緊固于機(jī)架上；

所述力矩電機(jī)的輸出軸通過聯(lián)軸器連接所述力矩絲桿；

所述力矩螺母旋和在所述力矩絲桿上，所述力矩螺母上設(shè)置有用于導(dǎo)向止轉(zhuǎn)的螺母導(dǎo)桿；

所述力矩彈簧的一端緊固所述力矩螺母，另一端連接所述加載輪裝置；

所述加載輪裝置包括輪支撐架和加載輪，所述加載輪通過輪軸連接所述輪支撐架；所述加載輪騎行于所述手柄的側(cè)面。

優(yōu)選地，所述操作裝置包括手柄、操作球以及復(fù)位彈簧；其中：

所述手柄通過緊固支架上的直線軸承支撐；

所述操作球用于操作手柄的推拉和旋轉(zhuǎn)，所述操作球緊固所述手柄的另一端；

所述復(fù)位彈簧套在手柄的另一端，所述復(fù)位彈簧用于手柄的自動(dòng)復(fù)位。

優(yōu)選地，還包括手柄位移傳感器和力螺母位移傳感器；其中：

所述手柄位移傳感器和力螺母位移傳感器緊固所述機(jī)架上；

所述手柄位移傳感器用于檢測(cè)手柄推拉的距離；所述力螺母位移傳感器用于檢測(cè)力彈簧的形變量。

優(yōu)選地，還包括力矩位移傳感器和旋轉(zhuǎn)編碼器；其中：

所述力矩位移傳感器和旋轉(zhuǎn)編碼器緊固于支架上；

所述力矩位移傳感器用于檢測(cè)力矩彈簧的變形量；

所述旋轉(zhuǎn)編碼器用于手柄轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速的測(cè)量。

優(yōu)選地，所述加載輪能夠沿所述手柄的柄身方向滾動(dòng)；

所述手柄能夠沿手柄的對(duì)稱軸轉(zhuǎn)動(dòng)，與所述加載輪形成滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

優(yōu)選地，還包括補(bǔ)償控制器，所述補(bǔ)償控制器執(zhí)行如下計(jì)算對(duì)力加載機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的力和力矩加載機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的力矩進(jìn)行解耦補(bǔ)償：

其中：δx1為力加載位移，δx3為力矩加載位移，

a1＝k1,b1＝(u2+u4)k3，c1＝2k2δx2-f，

a2＝k1u1r2,b2＝(u2u1r3+u4fr1)k3,c2＝2k2u3r4δx2-m

其中：k1為力彈簧彈性系數(shù)，k2為復(fù)位彈簧彈性系數(shù)，k3為力矩彈簧彈性系數(shù)，r1為手柄半徑，r2為力軸承半徑，r3為直線軸承半徑，r4為復(fù)位軸承半徑，u1為力軸承滾阻系數(shù)，f為加載輪和手柄之間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)，u2為直線軸承滾阻系數(shù)，u3為復(fù)位軸承滾阻系數(shù)，u4為輪支撐軸承滾阻系數(shù)，f為期望的加載阻力，m為期望的加載阻力矩，δx2為手柄位移。

一種基于力和力矩的補(bǔ)償方法，包括如下算法：

其中：δx1為力加載位移，δx3為力矩加載位移，

a1＝k1,b1＝(u2+u4)k3，c1＝2k2δx2-f，

a2＝k1u1r2,b2＝(u2u1r3+u4fr1)k3,c2＝2k2u3r4δx2-m

其中：k1為力彈簧彈性系數(shù)，k2為復(fù)位彈簧彈性系數(shù)，k3為力矩彈簧彈性系數(shù)，r1為手柄半徑，r2為力軸承半徑，r3為直線軸承半徑，r4為復(fù)位軸承半徑，u1為力軸承滾阻系數(shù)，f為加載輪和手柄之間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)，u2為直線軸承滾阻系數(shù)，u3為復(fù)位軸承滾阻系數(shù)，u4為輪支撐軸承滾阻系數(shù)，f為期望的加載阻力，m為期望的加載阻力矩，δx2為手柄位移。

一種權(quán)利要求1所述的手柄的控制方法，包括利用權(quán)利要求9所述的補(bǔ)償方法進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牟襟E。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

1、通過操作裝置操作導(dǎo)管導(dǎo)絲的旋轉(zhuǎn)、推拉以及其結(jié)合；

2、能夠?qū)⒉∪藗?cè)導(dǎo)管導(dǎo)絲在介入過程中的阻力或者阻力矩反饋到操作裝置，增強(qiáng)醫(yī)生的手感和臨場(chǎng)感，增加手術(shù)操作的安全性和穩(wěn)定性；

3、通過加載輪與手柄之間的滾動(dòng)和/或轉(zhuǎn)動(dòng)，解決了力和力矩的耦合。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1為一種具有手感的血管介入手術(shù)機(jī)器人操作手柄的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為力和/或力矩的解耦和補(bǔ)償示意圖。

圖中示出：

力電機(jī)1第一復(fù)位軸承17加載輪33

力電機(jī)聯(lián)軸器2復(fù)位彈簧18真實(shí)加載力34

導(dǎo)向桿3第二復(fù)位軸承19力加載附加力矩35

力絲桿4操作球20第一直線軸承轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦阻力矩36

力螺母5輪軸21第一直線軸承支撐力37

力彈簧6力矩彈簧22第一直線軸承附加阻力38

手柄位移傳感器7力矩螺母23加載輪滑動(dòng)摩擦力39

力絲桿支撐軸承8力矩螺母導(dǎo)桿24加載輪滾動(dòng)摩擦阻力40

力螺母位移傳感器9機(jī)架25第二直線軸承轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦阻力矩41

力軸承10力矩電機(jī)26第二直線軸承支撐力42

第一直線軸承11力矩電機(jī)聯(lián)軸器27第二直線軸承附加阻力43

手柄12力矩支撐軸承28第一復(fù)位彈簧附加阻力矩44

輪支撐軸承13力矩絲桿29第二復(fù)位彈簧附加阻力矩45

第二直線軸承14力矩位移傳感器30復(fù)位彈簧拉力46

編碼器導(dǎo)桿15輪導(dǎo)向桿31復(fù)位彈簧推力47

旋轉(zhuǎn)編碼器16輪支撐架32加載輪正壓力48

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明提供的一種具有手感的血管介入手術(shù)機(jī)器人操作手柄，包括機(jī)架25、操作裝置、力加載機(jī)構(gòu)以及力矩加載機(jī)構(gòu)，其中：操作裝置用于發(fā)出旋轉(zhuǎn)和/或推拉導(dǎo)管導(dǎo)絲的操作命令；力加載機(jī)構(gòu)用于將推拉導(dǎo)管導(dǎo)絲時(shí)受到的推拉阻力反饋到操作裝置；力矩加載機(jī)構(gòu)用于將旋轉(zhuǎn)導(dǎo)管導(dǎo)絲時(shí)受到的阻力矩反饋到操作裝置；操作裝置、力加載機(jī)構(gòu)以及力矩加載機(jī)構(gòu)均設(shè)置于機(jī)架上。

具體地，操作裝置包括手柄12、旋轉(zhuǎn)編碼器16、復(fù)位彈簧18以及操作球20，其中：操作球20是操作者手握住的部分，便于實(shí)現(xiàn)手柄12的旋轉(zhuǎn)和推拉。操作球20安裝在手柄12的末端，手柄12通過第一直線軸承11和第二直線軸承11支撐在機(jī)架25上，手柄12的移動(dòng)通過安裝在機(jī)架25上的手柄位移傳感器7檢測(cè)，手柄12的轉(zhuǎn)動(dòng)通過旋轉(zhuǎn)編碼器16檢測(cè)，旋轉(zhuǎn)編碼器16的內(nèi)圈固定在手柄12上，編碼器導(dǎo)桿15穿過旋轉(zhuǎn)編碼器16外圈上的導(dǎo)向孔，起導(dǎo)向止轉(zhuǎn)作用。導(dǎo)桿12只限制旋轉(zhuǎn)編碼器16的轉(zhuǎn)動(dòng)，而不限制旋轉(zhuǎn)編碼器16隨手柄12一起移動(dòng)，復(fù)位彈簧18的中間固定在機(jī)架25上，兩端分別固定在第一復(fù)位軸承17和第二復(fù)位軸承19的外圈上，手柄12離開平衡位置后復(fù)位彈簧18起到復(fù)位作用，手柄12轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不受復(fù)位彈簧18的限制。

進(jìn)一步說明，旋轉(zhuǎn)編碼器16檢測(cè)推拉旋轉(zhuǎn)復(fù)合運(yùn)動(dòng)的手柄12的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，對(duì)時(shí)間微分則轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)動(dòng)速度，手柄位移傳感器7檢測(cè)到手柄12推拉的距離，對(duì)時(shí)間微分則轉(zhuǎn)變?yōu)橥评俣龋鲜鰷y(cè)量數(shù)據(jù)用于控制遠(yuǎn)端的導(dǎo)管導(dǎo)絲操作。

復(fù)位彈簧18提供手柄12的推拉復(fù)位時(shí)，推拉手柄12到極限位置松開后，手柄12回復(fù)到平衡位置，然后再根據(jù)需要進(jìn)行推拉，推拉操作是一種往復(fù)操作，復(fù)位彈簧18的中間固定在機(jī)架25上，兩端連接到安裝于手柄12上的第一復(fù)位軸承17和第二復(fù)位軸承19的外圈上，復(fù)位彈簧18只提供復(fù)位力，不會(huì)影響手柄12的轉(zhuǎn)動(dòng)操作。

手柄12兩端采用第一直線軸承11和第二直線軸承14進(jìn)行支撐，為手柄12的旋轉(zhuǎn)和推拉提供穩(wěn)定支撐，加載輪18和手柄12之間接觸形成的滾動(dòng)摩擦所導(dǎo)致的附加阻力和阻力矩可以忽略，不會(huì)影響阻力和阻力矩的加載。

下面對(duì)力加載機(jī)構(gòu)做出具體說明，所述力加載機(jī)構(gòu)包括：力電機(jī)1、力絲桿4、力螺母5以及力彈簧6，其中：力電機(jī)1固定在機(jī)架25上，力電機(jī)1的輸出軸使用力電機(jī)聯(lián)軸器2與力絲桿4聯(lián)結(jié)，力絲桿4由力絲桿支撐軸承8固定支撐在機(jī)架25上，力螺母5旋和在力絲桿4上，固定在機(jī)架25上的導(dǎo)向桿3穿過力螺母5上的導(dǎo)向孔，起導(dǎo)向止轉(zhuǎn)作用，力彈簧6的一端固定在力螺母5上，另一端固定在力軸承10的外圈上，力軸承10固定在手柄12的首端上，當(dāng)力電機(jī)1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)力螺母5推拉力彈簧6對(duì)手柄12進(jìn)行力加載，力加載由力螺母位移傳感器9檢測(cè)并計(jì)算得出。

進(jìn)一步說明，力彈簧6的端部固定在力軸承10的外圈上，而力軸承10的內(nèi)圈固定在手柄12上，當(dāng)手柄12轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不會(huì)影響力加載，力加載時(shí)由于軸承內(nèi)外圈之間為滾動(dòng)摩擦，因?yàn)榱虞d而引起的附加力矩可以忽略，隔離了力加載對(duì)力矩加載的影響。

接下來對(duì)力矩加載機(jī)構(gòu)做出具體說明，所述力矩加載機(jī)構(gòu)包括力矩螺母23、力矩電機(jī)26、力矩絲桿29、力矩彈簧22以及加載輪33，其中：力矩電機(jī)26固定在機(jī)架25上，其輸出軸使用力矩電機(jī)聯(lián)軸器27與力矩絲桿29聯(lián)結(jié)，力矩絲桿29由力矩支撐軸承28支撐在機(jī)架25上，力矩螺母23旋和在力矩絲桿29上，固定在機(jī)架25上的力矩螺母導(dǎo)桿24穿過力矩螺母23上的導(dǎo)向孔，起導(dǎo)向止轉(zhuǎn)作用，力矩彈簧22的一端固定在力矩螺母23上，另一端固定在輪支撐架32上，固定在機(jī)架25上的輪導(dǎo)向桿31穿過輪支撐架32上的導(dǎo)向孔，起導(dǎo)向作用，輪支撐架32安裝在輪軸21上，輪軸21由輪支撐軸承13支撐在加載輪33上，加載輪33騎行在手柄12上，當(dāng)力矩電機(jī)26轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，力矩彈簧22被壓縮，壓緊加載輪33和手柄12，在手柄12移動(dòng)時(shí)，加載輪33轉(zhuǎn)動(dòng)，在手柄12旋轉(zhuǎn)時(shí)，加載輪33與手柄12產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦力產(chǎn)生阻力矩，實(shí)現(xiàn)阻力矩的加載，阻力矩加載由力矩位移傳感器30檢測(cè)并計(jì)算得出。

需要注意的是，加載輪33對(duì)手柄12形成正壓力，加載輪33正壓力增加則手柄12在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)摩擦力增大，加載輪33對(duì)手柄12的摩擦力矩增加，力矩加載是彈簧壓縮量、摩擦面、摩擦系數(shù)共同決定的，彈簧壓縮量是可測(cè)可控量，將力矩加載問題轉(zhuǎn)變?yōu)榱貜椈傻淖冃挝灰屏靠刂茊栴}，并由力矩位移傳感器30測(cè)量。

手柄12移動(dòng)時(shí)，加載輪33轉(zhuǎn)動(dòng)，阻礙力主要來自輪支撐軸承13的滾動(dòng)摩擦阻力，對(duì)推拉的阻力可以忽略，手柄12移動(dòng)不會(huì)影響力矩加載，而手柄12轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，阻礙力主要來自加載輪33與手柄12的滑動(dòng)摩擦阻力矩，輪支撐軸承13隔離了力矩加載對(duì)力加載的影響。

進(jìn)一步地，加載輪33具有內(nèi)凹的圓弧面，可以騎行在手柄12上，在接觸面處覆有一層用于增加摩擦的橡膠膜或者乳膠膜，當(dāng)手柄12推拉時(shí)，加載輪33和手柄12之間的運(yùn)動(dòng)為純滾動(dòng)，當(dāng)手柄12旋轉(zhuǎn)時(shí)，加載輪33和手柄12之間的運(yùn)動(dòng)為純滑動(dòng)，當(dāng)手柄12同時(shí)推拉旋轉(zhuǎn)，則加載輪33和手柄12之間滾動(dòng)和滑動(dòng)共存。

本發(fā)明手柄12力反饋和力矩反饋之間的互相補(bǔ)償問題，是依靠傳感器測(cè)量彈簧變形量、彈簧彈性系數(shù)、軸承的摩擦滾動(dòng)阻力系數(shù)計(jì)算的，具體的，需要加載量為導(dǎo)管導(dǎo)絲阻力測(cè)量反饋值，在手柄12上加載量等于實(shí)際加載量扣除各支撐處的附加加載量，對(duì)于阻力加載而言實(shí)際加載量為力彈簧變形量與力彈簧彈性系數(shù)的乘積，各支撐處的附加加載量包括復(fù)位彈簧阻力加載量(手柄相對(duì)于平衡位置位移與彈簧彈性系數(shù)乘積的兩倍)、直線軸承阻力加載量(力矩彈簧變形量、彈簧系數(shù)與直線軸承滾阻系數(shù)的乘積)、加載輪軸承阻力加載量(力矩彈簧變形量、彈簧系數(shù)與加載輪軸承滾阻系數(shù)的乘積)，對(duì)于阻力矩加載實(shí)際加載量為力矩彈簧變形、彈簧系數(shù)、加載輪手柄間摩擦系數(shù)的乘積，各支撐處的附加加載量包括復(fù)位彈簧支撐軸承阻力矩加載量(手柄12相對(duì)于平衡位置位移、彈簧彈性系數(shù)、復(fù)位彈簧支撐軸承滾阻系數(shù)、軸承半徑乘積的兩倍)、直線軸承阻力矩加載量(力矩彈簧22變形量、力矩彈簧彈性系數(shù)、直線軸承滾阻系數(shù)、軸承半徑的乘積的兩倍)、力軸承阻力矩加載量(力彈簧6變形量、彈簧系數(shù)、力軸承滾阻系數(shù)、力軸承半徑的乘積)。其中力彈簧變形量、力矩彈簧變形量、復(fù)位彈簧變形量分別由力螺母位移傳感器9、力矩位移傳感器30、手柄位移傳感器7測(cè)量，彈簧彈性系數(shù)、軸承滾阻系數(shù)是常系數(shù)。其中：復(fù)位彈簧變形量為手柄的位移量，為δx2，在初始平衡位置時(shí)，復(fù)位彈簧18中點(diǎn)是固定在機(jī)架25上面的，當(dāng)手柄12有位移時(shí)，中點(diǎn)一側(cè)彈簧被第一復(fù)位軸承17或者第二復(fù)位軸承19拉伸，另一側(cè)被第一復(fù)位軸承17或者第二復(fù)位軸承19壓縮。

進(jìn)一步地，手柄位移傳感器7采用光柵尺，可以得到力螺母、力矩螺母、手柄的絕對(duì)位置，旋轉(zhuǎn)編碼器16選用光電或者電磁絕對(duì)式編碼器，可以對(duì)應(yīng)控制遠(yuǎn)端導(dǎo)管導(dǎo)絲的絕對(duì)和相對(duì)角度。

進(jìn)一步地，力絲桿4和力矩絲桿29選用多頭滾珠絲桿，力螺母5和力矩螺母23采用滾珠螺母，可以提高進(jìn)給速度，降低螺母和絲桿之間的摩擦力，提高傳動(dòng)效率；

根據(jù)本實(shí)施例提供的一種具有手感的血管介入手術(shù)機(jī)器人操作手柄，手感由阻力和阻力矩組成，阻力和阻力矩之間的耦合性較小，為了精確加載，可以進(jìn)行補(bǔ)償予以消除。在補(bǔ)償消除方法中，如果手柄12移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)方向如圖2所示，其中：δx1為力加載位移，δx2為手柄位移，δx3為力矩加載位移，k1為力彈簧彈性系數(shù)，k2為復(fù)位彈簧彈性系數(shù)，k3為力矩彈簧彈性系數(shù)，r1為手柄半徑，r2為力軸承半徑，r3為直線軸承半徑，r4為復(fù)位軸承半徑，u1為力軸承滾阻系數(shù)，f為加載輪和手柄之間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)，u2為直線軸承滾阻系數(shù)，u3為復(fù)位軸承滾阻系數(shù)，u4為輪支撐軸承滾阻系數(shù)。如果期望的加載阻力為f(來自對(duì)導(dǎo)管導(dǎo)絲阻力的測(cè)量)，期望的加載阻力矩為m(來自對(duì)導(dǎo)管導(dǎo)絲的阻力矩測(cè)量)，則各量之間存在以下關(guān)系：

f＝34+38+40+43+46+47(1)

m＝35+36+48×f×r1+41+44+45(2)

依據(jù)摩擦庫(kù)倫模型、胡克定律則附加方程為：

48＝k3×δx3(3)

34＝k1×δx1(4)

40＝48×u4＝k3×δx3×u4(6)

46＝47＝k2×δx2(7)

35＝34×u1×r2＝k1×δx1×u1×r2(8)

44＝45＝46×u3×r4＝k2×δx2×u3×r4(10)

以上方程(1)-(10)聯(lián)立可以得到：

如果令：

則方程可寫成：

則得到力彈簧變形量和力矩彈簧變形量分別為：

公式(11)為還原期望加載阻力f和期望加載阻力矩m到手柄獲取手感的力電機(jī)、力矩電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制律方程。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。在不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例和實(shí)施例中的特征可以任意相互組合。