一种基于感应器操纵的手术台车及其控制方法与流程

1.本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种基于感应器操纵的手术台车及其控制方法。


背景技术：

2.微创手术是指通过腹腔镜、胸腔镜等内窥镜在人体内施行手术的一种医疗技术，相对于传统外科手术而言，微创手术具有手术时间短、创伤小、疼痛轻、恢复快等优点。
3.在现代手术机器人辅助微创手术中，医生主要通过主从式遥操作的方式实施手术，即医生只需要在操作台中，通过双手操作两个主控制器来控制搭载在手术台车上的手术器械。在搬运或手术前定位手术台车过程中，由于手术台车的重量比较重，若单纯依靠把手来传递操作人员的人力来控制并驱动推车前进或后退会比较费力、转向也比较笨重，并且由于手术台车空间紧凑，无法有效地布置助力机构，需要通过传感器采集操作动作，在台车底盘上设置驱动机构，继而由传感器将操作人员的手部动作转化为有效信息传输给控制器，通过控制器对信息的分析计算，来确定驱动机构的实际运动过程，进而控制手术台车底盘的移动和转向。
4.常见手术台车的操纵装置一般都有会发生相对移动和转动的机械结构，常见结构例如方向盘，旋钮和推杆等。以方向盘为例，操作人员转动方向盘时，方向盘跟随操作人员手部运动对应进行转动，并将转动信息传递给传感器，目前现有技术中这类手术台车的传感器一般采用力传感器，力传感器将转动信息转化为对应的电信号发送给控制器，控制器基于力传感器采集的信号控制手术台车底盘的运动。
5.在现有技术中，因采用力传感器，系统供电状态下，没有压力施加于传感器时，即操作人员未做任何动作时，力传感器也会输出电信号，让手术台车发生细微运动，同时也会导致控制操作与实际手术台车的运动不一致，进一步影响手术台车的运动轨迹，难以运动到所希望的位置，工作效率低下。
6.因此，有必要设计一种基于传感器的手术台车及其控制方法，其不仅运动精确度高，且运动过程稳定。


技术实现要素：

7.基于以上问题，本发明的目的在于提供了一种基于感应器操纵的手术台车及其控制方法。
8.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
9.一种手术台车，包括驱动机构、启动机构和位移控制机构；所述驱动机构用于为所述手术台车提供动力；
10.所述位移控制机构包括感应器组件和被限制在一平面内运动的移动块；
11.所述启动机构用以对所述移动块施力；
12.所述感应器组件用以探测所述移动块在所述平面内发生的位移数据、扭转数据以
及受力数据中的至少一种；
13.所述感应器组件与所述驱动机构通讯连接。
14.优选地，所述启动机构包括手柄和安装在手柄上的至少两个启动按钮组件；所述手柄的两端与所述移动块两侧面可拆卸地连接。
15.优选地，所述启动按钮组件包括按压板、两个导向柱和设置在两个导向柱之间的触发开关；所述触发开关安装在所述手柄内侧且与所述按压板之间存留有触发余量；所述导向柱一端与所述手柄内侧可移动地连接，另一端与所述按压板固定连接；所述导向柱上套设有蓄能元件。
16.优选地，所述位移控制机构还包括固定座和限位导向装置；所述固定座呈一端开口的u型结构，所述移动块活动地安装在所述固定座内部，且所述限位导向装置用于限制所述移动块沿着所述固定座的一个内壁平面进行运动。
17.优选地，所述限位导向装置包括两组滚动组件；所述两组滚动组件分别设置在所述移动块的上表面和下表面上，且所述滚动组件均抵触在对应的所述固定座的内壁上。
18.优选地，所述滚动组件至少包括三个交错设置的滚动件。
19.优选地，所述滚动件为万向轮；所述万向轮包括工作轮面和通过工作轮面连接的相对设置的两个安装面；两个所述安装面中的滚珠抵触在对应的所述固定座的内壁上。
20.优选地，所述滚动组件为第一无油滑动板，所述第一无油滑动板上覆着有多个第一石墨凸点；所述第一石墨凸点均抵接在对应的所述固定座的内壁上。
21.优选地，所述移动块为第二无油滑动板；所述滚动组件为多个第二石墨凸点；且多个所述第二石墨凸点覆着在所述第二无油滑动板上；所述第二石墨凸点均抵接在对应的所述固定座的内壁上。
22.优选地，所述感应器组件至少包括两个感应器，所述感应器为力感应器和位移感应器中的一种；所述感应器均设置在所述固定座内，且所述感应器的感应头朝向所述移动块的内端面。
23.优选地，所述感应器组件至少包括两个力感应器；所述力感应器的感应头与所述移动块的内端面固定连接，所述力感应器的另一端与所述固定座固定连接。
24.优选地，所述固定座还包括固设在所述固定座内的第一固定块；所述力感应器的另一端与所述第一固定块固定连接。
25.优选地，所述感应器组件至少包括两个位移感应器，所述固定座还包括固设在所述固定座内的第二固定块；所述感应器固定穿过所述第二固定块。
26.优选地，所述移动块的两侧分别设置有用于使所述移动块复位的复位元件；所述复位元件的一端与所述第二固定块固定连接，另一端与对应的所述移动块的侧面固定连接。
27.优选地，所述限位导向装置还包括多个限位柱；所述限位柱设置在所述所述固定座的开口处。
28.优选地，还包括底座、可升降的立柱，所述位移控制机构与所述立柱可拆卸地连接，所述驱动机构固定安装在所述底座上。
29.优选地，所述驱动机构包括两个驱动电机，所述驱动电机分别与两个后轮电性连接且对应控制两个后轮的转速。
30.本发明还提供了一种手术台车的控制方法，控制如上述中任意一项所述手术台车进行运动，操作步骤为：
31.s1、操作人员按压启动机构，启动操纵装置；
32.s2、操作人员施加推力、拉力或扭矩，启动机构将力传递给移动块使移动块在一平面内进行位移或扭转；
33.s3、移动块在平移或扭转的过程中，触发传感器组件，传感器组件根据检测到的移动块的位移信息或扭转信息，将运动信息传递给驱动机构，驱动机构根据所述运动信息控制相应驱动电机的转速；
34.s4、所述驱动电机的转速因对应的所述感应组件感应到的位移大小而实时变化；所述电机之间的转速差因对应所述感应组件感应到的扭转大小而实时变化；实现手术台车的前进、后退、左转或右转。
35.优选地，所述驱动电机的转速与所述感应器组件检测到的数据变化量呈正相关。
36.与现有技术相比，本发明有以下优势：
37.本发明设有位移控制机构，包括传感器组件和被限制在一平面内运动的移动块，当人工对操纵装置上启动机构并施加推力、拉力或者扭转力时，施力给移动块，由于位移控制机构限定了移动块的活动范围，因此移动块仅能在某一固定平面上进行运动，保证平移运动时的稳定性，因此不会发生跳动导致位移感应器传递信息出现偏差，感应器组件检测到移动块的位置变化，即将人工手部动作转化为感应器组件的电信号，并传输给驱动机构，进一步控制车体驱动机构中驱动电机的转速，进而控制手术台车移动；感应器具有高灵敏度，操作人员施力和感应力组件感应到的位移量呈函数对应关系，同时感应力组件感应到的位移量与驱动机构的转速之间具有严格正相关函数关系，运动过程易于操作，可保证人工控制操作与实际手术台车的运动轨迹保持一致。
附图说明
38.图1是一种基于感应器操纵的手术台车的整体结构示意图；
39.图2是一种基于感应器操纵的手术台车的启动机构和位移控制机构部位的结构示意图；
40.图3是启动按钮组件的局部结构示意图；
41.图4是采用力感应器的位移控制机构部位的局部结构示意图；
42.图5是采用位移感应器的位移控制机构部位的局部结构示意图。
43.图6是采用位移感应器的位移控制机构部位的侧视图。
44.附图标记：
45.1-启动机构；11-手柄；12-启动按钮组件；1201-按压板；1202-触发开关；
46.1203-按钮座；1204-蓄能元件；
47.2-位移控制机构；21-固定座；2101-第一固定基板；2102-第二固定基板；
48.22-第一力感应器；23-第二力感应器；24-移动块；25-第一无油滑动板；
49.26-第一固定块；27-第一位移感应器；28-第二位移感应器；29-复位单元；
50.30-滚动件；31-第二固定块；32-限位柱；
51.3-连接件；4-底座；401-第一驱动电机；402-第二驱动电机；403-驱动轮；
52.404-万向车轮；5-立柱。
具体实施方式
53.为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
54.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
55.实施例一
56.如附图1-附图4所示，一种基于传感器的手术台车，包括驱动机构、启动机构1和位移控制机构2。
57.所述驱动机构用于为所述手术台车提供动力，本实施例中，驱动机构包括第一驱动电机401和第二驱动电机402；所述第一驱动电机401和第二驱动电机402 分别驱动所述手术台车的两个驱动轮403。
58.所述位移控制机构2包括感应器组件和被限制在一平面内运动的移动块24；所述感应器组件用以探测所述移动块24在所述平面内发生的位移和扭转中的至少一种；所述感应器组件与所述驱动机构通讯连接。移动块24在该固定平面内运动时，感应器组件探测到移动块24发生位移或者扭转，便将移动块24的运动信息转化为电信号传输给驱动机构，驱动机构经过计算后将移动块24的运动信息转化为控制驱动轮403的转速，进一步实现手术台车的前进、后退和转向等运动
59.本实施例中，所述位移控制组件还包括限位导向装置、复位元件、固定块和固定座21。所述固定座21可以为中空的一体式块状，所述固定座21的横截面呈u形，但在实际生产中，为了提高加工精度，降低工艺难度，一般所述固定座21由l形的第一固定基板2101和l形的第二固定基板2102固定拼接而成，因此固定座21呈一端开口的u形结构，且所述固定座21开口朝向所述启动机构1。
60.移动块24活动地安装在固定座21内部，所述限位导向装置用于限制所述移动块24沿着所述固定座21的一个内壁平面进行运动。所述限位导向装置包括两组滚动组件；所述两组滚动组件分别设置在所述移动块24的上表面和下表面上，且所述滚动组件均抵触在对应的所述固定座21的内壁上。因此固定在移动块24 上表面的滚动组件抵接在第一固定基板2101上，固定在移动块24下表面的滚动组件抵接在第二固定基板2102上。移动块24在上下方位上的自由度被限制，不会发生跳动，所述移动块24在外界力的作用下，仅能沿着所述安装座的一个内壁平面进行运动。
61.本实施例中，所述滚动组件为固定在移动块24上表面和下表面上的第一无油滑动板25，所述第一无油滑动板25的大小根据实际需要而设定；该第一无油滑动板25采用特殊材质制造，可以实现自润滑，减小摩擦损失和表面磨损，在运动过程中达到平稳、可靠、无噪声的效果，适用于精密的运动场合。所述第一无油滑动板25上覆着有多个第一石墨凸点；所述第一石墨凸点均抵触在对应的所述固定座21的内壁上，起到了润滑及限位的作用。
62.所述固定座21具有相对的远端和近端，靠近所述固定座21开口的一端为近端，靠
近所述感应器组件的一端为远端；所述限位导向装置还包括限位柱32，所述限位柱32至少有两个，且限位柱32均匀排布在所述移动块24的运动轨迹所在的所述固定座21的内壁边缘，即第二固定基板2102近端的边缘。
63.所述感应器组件至少包括两个感应器，所述感应器均设置在所述固定座21 内，且所述感应器的感应头朝向所述移动块24的内端面。在本实施例中，所述感应器组件包括两个力感应器，所述力感应器的感应头与所述移动块24的内端面固定连接，所述力感应器的另一端与所述固定座21固定连接。
64.所述固定座21内部固定安装有第一固定块26，所述力感应器的感应头与所述移动块24的内端面固定连接，同时所述力感应器的另一端与所述第一固定块 26固定连接。所述感应器固定穿过所述固定块，且所述感应器的感应头伸出所述固定块并朝向所述移动块24的内端面。
65.所述启动机构1用以对所述移动块24施力，同时也可作为整个操纵装置的系统启动开关，所述启动机构1包括手柄11和安装在手柄11上的启动按钮组件 12，
66.所述启动按钮组件12包括按压板1201、两个导向柱和设置在两个导向柱之间的触发开关1202；所述触发开关1202安装在所述手柄11内侧且与所述按压板1201之间存留有触发余量；所述导向柱一端与所述手柄11内侧可移动地连接，另一端与所述按压板1201固定连接；所述导向柱上套设有蓄能元件1294。当按压板1201受到压力时，按压板1201沿着按钮座1203向触发开关1202移动，同时蓄能元件1294发生形变，储蓄能量，当按压板1201触碰到触发开关1202时，引起触发开关1202接通，为整个操纵装置上电。当施加在按压板1201上的压力消失时，储能元件释放能量，恢复到初始状态，同时按压板1201向远离触发开关1202方向移动，最终脱离触发开关1202，同时引起触发开关1202关闭。在本实施例中，所述储能元件为弹簧。该启动按钮组件12至少设置一个，本实施例中所述启动按钮组件12设有两个且对称安装在所述手柄11上。当启动手术台车时，左、右手分别对相应的按压板1201施加压力，其中任一按压板1201被按下时，均可启动手术台车。当所有的按压板1201均被松开之后，系统断电。
67.手柄11的两端分别通过连接件3与移动块24固定连接，因此工作人员在操作过程中，用手握住手柄11，然后进行推拉或者扭转，施加相应的推力、拉力和扭矩，手柄11在力的作用下推动移动块24在固定座21内移动，在限位导向装置的限制下，移动块24在固定平面内进行平移和扭转，进一步触发感应器。当移动块24仅仅作单一方向上的平移时，第一力感应器22和第二力感应器23 所获取的力均相同或者相近，所发出的电信号也相同或相近；当施加扭矩，推动移动块24在固定座21内部扭转时，此时移动块24的两侧复位单元29分别处于拉和压的状态，第一力感应器22和第二力感应器23也分别处于压缩和伸出状态，第一力感应器22和第二力感应器23所获取的位移信息不同，所发送的电信号也不同。第一驱动电机401和第一力感应器22相对应，第一驱动电机401接收来自第一力感应器22的电信号并根据电信号进行运动，第二驱动电机402和第二力感应器23相对应，第二驱动电机402接收来自第二力感应器23的电信号并根据电信号进行运动。当两个传感器发送的不同电信号时，第一驱动电机401和第二驱动电机402根据接收到的电信号分别设定不同的转速，进行差速运动，实现手术台车的转向。
68.该手术台车还包括底座4、可升降的立柱5及上述操纵装置；所述位移控制机构2与
所述立柱5可拆卸地连接，所述驱动机构固定安装在底座4上，手术台车的后轮为驱动轮403，前轮作为从动轮采用万向车轮404，保证运动的平稳顺畅。
69.该手术台车的操作步骤为：
70.步骤一、操作人员按压启动机构1启动操纵装置；
71.步骤二、操作人员施加推力、拉力或者扭矩给启动机构1，启动机构1将力传递给移动块24，移动块24将受到的压力或力矩传递给力传感器；
72.步骤三、移动块，触发感应器组件中的力传感器，力传感器根据检测到力的大小来判断移动块24的位移信息或扭转信息，将运动信息传递给驱动机构，驱动机构根据所述运动信息控制相应驱动电机的转速；
73.步骤四、所述驱动电机的转速因对应的所述力传感器感应到的力的大小而实时变化；所述电机之间的转速差因对应所述力传感器感应到的扭矩大小而实时变化；实现手术台车的前进、后退、左转或右转。
74.所述驱动电机的转速与所述感应器组件检测到的力的大小呈正相关函数关系，即感应器组件中的感应器探测到的力越大，即代表移动块24的对应侧的受力越大，驱动电机的转速越快。操作人员通过调整推力或拉力的大小来调整手术平台车前进和后退的移动速度；操作人员通过启动机构1施力使所述移动块24 在所述固定平面内产生扭矩，此时所述感应器组件对应的多个驱动电机根据扭矩分别设定不同转速，所述驱动机构进行差速运动，实现手术台车的左转或右转。
75.本发明设有启动机构1和位移控制机构2，位移控制机构2中设置有感应器组件，将人工对操纵装置上启动机构1进行推拉或者扭转时，推动感应器，将人工手部动作转化为感应器组件的电信号，进一步控制车体驱动机构的转速，进而控制手术台车底盘的移动和转向；感应器具有高灵敏度，且其数值变化量与驱动机构的转速呈严格正相关，运动容易控制。
76.实施例二
77.实施例二中所采取的技术方案与实施例一中的方案类似，采用固定在移动块 24上表面和下表面上的第一无油滑动板25进行限位；如附图6所示，其中实施例二与实施例一相比，主要区别在于感应器组件，具体区别在于以下几点：
78.1.本实施例中，感应器设置有两个位移感应器，分别为第一位移感应器27 和第二位移感应器28，且两个位移感应器对称固定在固定座21内部，第一位移感应器27和第二位移感应器28可选的位移感应器包括光栅尺、电阻尺、磁感应位移感应器等基于各种原理的位移感应器。所述固定座21内部固定安装有第二固定块31，所述感应器固定穿过所述第二固定块31，且所述感应器的感应头伸出所述固定块并朝向所述移动块24的内端面。
79.2.所述移动块24的两侧分别设置有使所述移动块24复位的复位单元29；所述复位单元29的一端与所述第二固定块31固定连接，另一端与对应的所述移动块24的侧面固定连接。复位单元29采用弹性形变材料，在本实施例中，该复位单元29为片簧，当移动块24发生平移或扭转时，依靠复位单元29的记忆弹性形变能力，可以让移动块24平稳地恢复初始位置。在第二固定块31、滚动组件、复位单元29和限位柱32的共同作用下，移动块24只能在固定座21内部延固定平面进行平移或者扭转，不会发生垂直方向上的跳动，且不易从固定座21 中脱离。
80.3.当移动块24仅仅作单一方向上的平移时，第一位移感应器27和第二位移感应器28所获取的位移信息均相同或者相近，所发出的电信号也相同或相近；当施加扭矩，推动移动块24在固定座21内部扭转时，此时移动块24的两侧复位单元29分别处于拉和压的状态，第一位移感应器27和第二位移感应器28也分别处于压缩和伸出状态，第一力位移感应器和第二位移感应器28所获取的位移信息不同，所发送的电信号也不同。第一驱动电机401和第一位移感应器27 相对应，第一驱动电机401接收来自第一位移感应器27的电信号并根据电信号进行运动，第二驱动电机402和第二位移感应器28相对应，第二驱动电机402 接收来自第二力感应器23的电信号并根据电信号进行运动。
81.该手术台车的操作步骤为：
82.步骤一、操作人员按压启动机构1启动操纵装置；
83.步骤二、操作人员施加推力、拉力或者扭矩给启动机构1，启动机构1将力传递给移动块24使移动块24在一平面内进行位移或扭转；
84.步骤三、移动块24在平移或扭转的过程中，触发传感器组件中的位移传感器，位移传感器根据检测到的移动块24的位移信息或扭转信息，将运动信息传递给驱动机构，驱动机构根据所述运动信息控制相应驱动电机的转速；
85.步骤四、所述驱动电机的转速因对应的所述位移传感器感应到的位移大小而实时变化；所述电机之间的转速差因对应所述位移传感器感应到的扭转大小而实时变化；实现手术台车的前进、后退、左转或右转。
86.所述驱动电机的转速与所述感应器组件发生的位移呈正相关函数关系，即感应器组件中的位移感应器探测到的位移量位移越大，驱动电机的转速越快。移动块24在平移过程中，操作人员通过调整推力或拉力的大小来调整手术平台车前进和后退的移动速度；操作人员通过启动机构1施力使所述移动块24在所述固定平面内发生扭转，此时所述感应器组件对应的多个驱动电机根据扭转位移量分别设定不同转速，所述驱动机构进行差速运动，实现手术台车的左转或右转。
87.本实施例中的限位导向装置，限定了移动块24的活动范围，保证在推拉手柄11的时候，移动块24仅能在某一平面上进行运动，保证平移运动时的稳定性；同时在移动块24两端设有复位单元29，当操作人员扭转启动装置时，移动块24 两侧的复位单元29发生弹性形变，转变为感应器组件的位移量差，操作人员扭转程度、弹性形变量和感应器组件的位移量差呈函数对应关系，保证转向运动的稳定性，易于控制。
88.实施例三
89.实施例三中所采取的技术方案与实施例一中的方案类似，采用力传感器进行运动控制，其中实施例三与实施例一相比，区别在于位移控制机构的不同，具体体现在：
90.本实施例中，所述滚动组件至少包括三个交错设置的滚动件30，优选地，所述滚动组件包括四个交错设置的滚动件30。该滚动件30为万向轮，所述万向轮包括工作轮面和通过工作轮面连接的相对设置的两个安装面；两个所述安装面中的滚珠抵触在对应的所述固定座21的内壁上。滚珠既可以保证移动块24可以平稳顺滑地在固定座21内移动，又可以限制移动块24的自由度，保证移动块 24在一固定平面上运动。
91.实施例四
92.实施例四中所采取的技术方案与实施例一中的方案类似，采用力传感器进行运动
控制，其中实施例四与实施例一相比，区别在于位移控制机构的不同，具体体现在：
93.本实施例中，所述移动块24为第二无油滑动板，可以实现自润滑，运动平稳，无噪声，在保证润滑的情况下，移动块24可长期运动，适合于精密的运动场合。所述滚动组件为多个第二石墨凸点；且多个所述第二石墨凸点覆着在所述第二无油滑动板上；所述第二石墨凸点均抵接在对应的所述固定座21的内壁上。此时，移动块24自身即具备润滑和限位的作用，不需要在上表面和下表面额外设置新的结构，即可将移动块24限制在固定座21内一固定平面运动。
94.实施例五
95.实施例五中所采取的技术方案与实施例二中的方案类似，采用位移传感器进行运动控制，其中实施例五与实施例二相比，如附图5所示，区别在于位移控制机构的不同，具体体现在：
96.本实施例中，所述滚动组件至少包括三个交错设置的滚动件30，优选地，所述滚动组件包括四个交错设置的滚动件30。该滚动件30为万向轮，所述万向轮包括工作轮面和通过工作轮面连接的相对设置的两个安装面；两个所述安装面中的滚珠抵触在对应的所述固定座21的内壁上。滚珠既可以保证移动块24可以平稳顺滑地在固定座21内移动，又可以限制移动块24的自由度，保证移动块 24在一固定平面上运动。
97.实施例六
98.实施例六中所采取的技术方案与实施例二中的方案类似，采用位移传感器进行运动控制，其中实施例六与实施例二相比，区别在于位移控制机构的不同，具体体现在：
99.本实施例中，所述移动块24为第二无油滑动板，可以实现自润滑，运动平稳，无噪声，在保证润滑的情况下，移动块24可长期运动，适合于精密的运动场合。所述滚动组件为多个第二石墨凸点；且多个所述第二石墨凸点覆着在所述第二无油滑动板上；所述第二石墨凸点均抵接在对应的所述固定座21的内壁上。此时，移动块24自身即具备润滑和限位的作用，不需要在上表面和下表面额外设置新的结构，即可将移动块24限制在固定座21内一固定平面运动。
100.以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，例如变更驱动机构或改变感应器的数量等，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。