CN116421316B - 一种导丝打滑监测与自动夹紧装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种导丝打滑监测与自动夹紧装置及其控制方法，涉及高端医疗装备制造技术领域，包括：设于第一壳体内且并排设置的主动摩擦轮和第一从动摩擦轮，以及设于第二壳体内且并排设置的第二从动摩擦轮和第三从动摩擦轮；主动摩擦轮和第二从动摩擦轮相对设置，第一从动摩擦轮和第三从动摩擦轮相对设置，在两对相对设置的摩擦轮中间夹入导丝；主动摩擦轮由主电机驱动，第二从动摩擦轮由主动摩擦轮驱动，第一从动摩擦轮和第三从动摩擦轮通过导丝的移动带动转动，且主动摩擦轮、第一从动摩擦轮、第二从动摩擦轮和第三从动摩擦轮的转动圈数一致。实现导丝递送过程中对导丝打滑情况的监测，并主动消除打滑现象，保证导丝递送精度。

Description

一种导丝打滑监测与自动夹紧装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及高端医疗装备制造技术领域，特别是涉及一种导丝打滑监测与自动夹紧装置及其控制方法。

背景技术

在传统的血管介入手术中，医生需要在放射成像设备的辅助下，将导丝递送到病灶处进行治疗，而此种方式会导致放射成像设备对医生造成辐射伤害，并且医生手动递送导丝会受到医生手部稳定性和其余外部因素的较大影响，使手术精度较差。

针对上述问题，现已有多种机器人来辅助医生进行导丝的递送，目前的机器人***在对导丝进行递送时多采用摩擦轮驱动和滑动平台递送两种方案，其中摩擦轮驱动方案具有结构简单，体积小，递送距离不受机构限制等优点。

但是，该种方案存在针对适配不同尺寸的导丝及导丝沾上液体后，夹紧力不好控制等问题，若夹紧力太小则会出现打滑问题，导致在递送过程中存在精度不准等问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种导丝打滑监测与自动夹紧装置及其控制方法，实现导丝递送过程中对导丝打滑情况的监测，并主动消除打滑现象，保证导丝递送精度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种导丝打滑监测与自动夹紧装置，包括：第一壳体、第二壳体、设于第一壳体内且并排设置的主动摩擦轮和第一从动摩擦轮，以及设于第二壳体内且并排设置的第二从动摩擦轮和第三从动摩擦轮；

所述主动摩擦轮和第二从动摩擦轮相对设置，第一从动摩擦轮和第三从动摩擦轮相对设置，在两对相对设置的摩擦轮中间夹入导丝；

所述主动摩擦轮由主电机驱动，第二从动摩擦轮由主动摩擦轮驱动，第一从动摩擦轮和第三从动摩擦轮通过导丝的移动带动转动，且主动摩擦轮、第一从动摩擦轮、第二从动摩擦轮和第三从动摩擦轮的转动圈数一致。

作为可选择的实施方式，所述第一从动摩擦轮、第二从动摩擦轮和第三从动摩擦轮上均设有用于监测各个从动摩擦轮转动圈数的磁编码器。

作为可选择的实施方式，所述主电机的主轴上设有正交编码器，所述主电机通过减速器与主动摩擦轮相连，由正交编码器获取主电机的转动圈数，从而根据主电机的转动圈数和减速器的减速比得到主动摩擦轮的转动圈数。

作为可选择的实施方式，所述导丝打滑监测与自动夹紧装置还包括夹紧电机和与夹紧电机连接的凸轮，所述夹紧电机和凸轮位于第二壳体顶部，所述夹紧电机带动凸轮转动，从而控制第二从动摩擦轮和第三从动摩擦轮向主动摩擦轮和第一从动摩擦轮的方向移动而夹紧导丝，以及向主动摩擦轮和第一从动摩擦轮的反方向移动而放开导丝。

作为可选择的实施方式，若主动摩擦轮、第一从动摩擦轮、第二从动摩擦轮和第三从动摩擦轮的转动圈数不完全一致，则导丝出现打滑情况。

第二方面，本发明提供一种导丝打滑监测与自动夹紧装置的控制方法，采用第一方面所述的一种导丝打滑监测与自动夹紧装置，包括：

获取正交编码器与各个磁编码器的数据，从而得到主动摩擦轮的转动圈数和各个从动摩擦轮的转动圈数；

若主动摩擦轮的转动圈数和各个从动摩擦轮的转动圈数均一致，则导丝未打滑；

若主动摩擦轮、第一从动摩擦轮、第二从动摩擦轮和第三从动摩擦轮的转动圈数不完全一致，则导丝出现打滑情况；

当导丝出现打滑情况时，根据主动摩擦轮的转动圈数与第一从动摩擦轮或第三从动摩擦轮的转动圈数的差值进行滑动偏差消除，通过控制夹紧电机驱动凸轮转动，从而控制第二从动摩擦轮和第三从动摩擦轮向主动摩擦轮和第一从动摩擦轮的方向移动，以对导丝进行夹紧操作。

作为可选择的实施方式，若只有主动摩擦轮转动，各个从动摩擦轮均不转动时，则判定为夹紧力不足，导丝打滑且未能递送；

若主动摩擦轮与第二从动摩擦轮的转动圈数一致，第一从动摩擦轮和第三从动摩擦轮不转动时，则判定导丝打滑；

若主动摩擦轮与第二从动摩擦轮的转动圈数一致，第一从动摩擦轮和第三从动摩擦轮的转动圈数一致，但两对相对设置的摩擦轮之间转动圈数不一致时，则判定为导丝打滑。

作为可选择的实施方式，当仅判定为导丝打滑时，由主电机控制主动摩擦轮转动与转动圈数差值相同的圈数，以进行滑动偏差消除。

作为可选择的实施方式，当判定为夹紧力不足、导丝打滑且未能递送时，通过控制夹紧电机工作，对导丝进行夹紧操作。

作为可选择的实施方式，对导丝进行夹紧操作时，采用逐步增加力矩的夹紧方式；若增加的力矩超过所设置的夹紧电机力矩最大值时还存在打滑现象，则停止夹紧并报警。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提出一种导丝打滑监测与自动夹紧装置及其控制方法，将导丝夹入两对相对设置的摩擦轮中间，并通过夹紧电机的驱动实现对导丝的夹紧与防松。

本发明提出一种导丝打滑监测与自动夹紧装置及其控制方法，在导丝传递过程中，通过对各个摩擦轮转动圈数的监测，以实时对导丝的打滑情况进行监测，并在打滑现象出现时，自动进行滑动偏差消除，保证导丝递送的精度，可应用于血管介入手术中。

本发明提出的一种导丝打滑监测与自动夹紧装置及其控制方法，可实现对导丝夹紧的主动控制，即在监测到出现打滑现象时进行自动夹紧，或可人为主动控制进行夹紧，从而消除打滑现象。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1提供的导丝打滑监测与自动夹紧装置示意图一；

图2为本发明实施例1提供的导丝打滑监测与自动夹紧装置示意图二；

其中，101、主动摩擦轮，102、第一从动摩擦轮，103、第二从动摩擦轮，104、第三从动摩擦轮，105、夹紧电机，106、凸轮，107、第二磁编码器，108、第三磁编码器，109、第一磁编码器，110、主电机，111、正交编码器，112、导丝。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

如图1-图2所示，本实施例提供一种导丝打滑监测与自动夹紧装置，包括：第一壳体、第二壳体、设于第一壳体内且并排设置的主动摩擦轮101和第一从动摩擦轮102，以及设于第二壳体内且并排设置的第二从动摩擦轮103和第三从动摩擦轮104；主动摩擦轮101和第二从动摩擦轮103相对设置，第一从动摩擦轮102和第三从动摩擦轮104相对设置，在两对相对设置的摩擦轮中间夹入导丝；

所述主动摩擦轮101由主电机110驱动，第二从动摩擦轮103由主动摩擦轮101驱动，第一从动摩擦轮102和第三从动摩擦轮104通过导丝112的移动带动转动，且主动摩擦轮101、第一从动摩擦轮102、第二从动摩擦轮103和第三从动摩擦轮104的转动圈数一致；

所述主电机110、第一从动摩擦轮102、第二从动摩擦轮103和第三从动摩擦轮104上均设有用于监测转动圈数的编码器。

在本实施例中，所述主动摩擦轮101连接主电机110，由主电机110驱动转动，所述主电机110的尾部设有正交编码器111，以监测主电机110的转动情况，从而反映主动摩擦轮101的转动圈数；

所述正交编码器111安装在主电机110的主轴上，能够监测得到主电机110的转动圈数，主电机110通过一定减速比的减速器与主动摩擦轮101相连，减速器的输出轴与主动摩擦轮101直接相连；

那么，根据减速器的减速比，可基于主电机的转动圈数得到主动摩擦轮的转动圈数；若减速器的减速比为84：1，则主电机主轴转84圈，主动摩擦轮转1圈。

在本实施例中，所述第一从动摩擦轮102的下方安装第一磁编码器109，第二从动摩擦轮103的下方安装第二磁编码器107，第三从动摩擦轮104的下方安装第三磁编码器108，用以分别检测第一从动摩擦轮102、第二从动摩擦轮103和第三从动摩擦轮104的转动情况，从而反映三个从动摩擦轮的转动圈数；

其中，磁编码器所监测到的转动圈数即为从动摩擦轮的转动圈数。

作为可选择的一种实施方式，所述主动摩擦轮101、第一从动摩擦轮102、第二从动摩擦轮103和第三从动摩擦轮104均固定安装在壳体上。

在本实施例中，所述第二壳体上设有横梁，在所述横梁上设有夹紧电机105，以及与夹紧电机105连接的凸轮106，由夹紧电机105的转动带动凸轮106转动，凸轮106通过转动压紧第二壳体边框上的横梁，从而同时压紧第二从动摩擦轮103和第三从动摩擦轮104，进而控制第二从动摩擦轮103和第三从动摩擦轮104向主动摩擦轮101和第一从动摩擦轮102靠近而夹紧导丝112；

以及，通过减少夹紧电机施加的力矩，使得第二从动摩擦轮103和第三从动摩擦轮104远离主动摩擦轮101和第一从动摩擦轮102，以放开导丝112；

上述方式能够保证对第二从动摩擦轮103和第三从动摩擦轮104提供相同大小和方向的压力。

另外，需要说明的是，夹紧电机上的凸轮和横梁只是接触关系，不存在直接连接关系；而且，可以理解的，在夹紧电机未上电时，也可能存在凸轮和横梁不接触的情况。

在本实施例中，将导丝112夹入两对摩擦轮中间，即夹入主动摩擦轮101和第二从动摩擦轮103，以及第一从动摩擦轮102和第三从动摩擦轮104之间，通过夹紧电机105的动作，控制第二从动摩擦轮103和第三从动摩擦轮104向主动摩擦轮101和第一从动摩擦轮102方向移动，以使得导丝112被两对摩擦轮夹紧；

控制导丝112前进或后退时，主动摩擦轮101由主电机110控制转动，进而通过摩擦力带动第二从动摩擦轮103转动，此时导丝112被驱动前进或后退，通过导丝112的移动带动第一从动摩擦轮102和第三从动摩擦轮104转动。

在本实施例中，在导丝已经安装完成后，通过监测正交编码器的数值和各个磁编码器的数值，通过正交编码器的数值得到主动摩擦轮的转动圈数，通过各个磁编码器的数值得到各个从动摩擦轮的转动圈数，根据主动摩擦轮的转动圈数和各个从动摩擦轮的转动圈数的关系判定导丝是否出现打滑情况；

具体地：

在导丝已经安装且两对摩擦轮都进行夹紧不打滑的情况下，正交编码器的数值与各个磁编码器的数值相对应，即主动摩擦轮、第一从动摩擦轮、第二从动摩擦轮和第三从动摩擦轮的转动圈数一致；

当只有主动摩擦轮转动，而第一从动摩擦轮、第二从动摩擦轮和第三从动摩擦轮均不转动时，则判定为夹紧力不足，导丝打滑且未能递送；

当主动摩擦轮与第二从动摩擦轮的转动圈数一致，而第一从动摩擦轮和第三从动摩擦轮不转动时，则判定导丝打滑；

当主动摩擦轮与第二从动摩擦轮的转动圈数一致，第一从动摩擦轮和第三从动摩擦轮的转动圈数一致，但两对相对设置的摩擦轮之间转动圈数不一致，则判定为导丝打滑。

那么，当判定为导丝打滑时，通过主动摩擦轮的转动圈数与第一从动摩擦轮/第三从动摩擦轮（二者取其一即可）的转动圈数的差值，进行滑动偏差消除；

当判定为夹紧力不足，导丝未能递送时，通过控制夹紧电机工作，驱动第二从动摩擦轮和第三从动摩擦轮向主动摩擦轮和第一从动摩擦轮方向移动，以对导丝进行夹紧操作。

作为可选择的一种实施方式，可由主控制器通过计数正交编码器的脉冲数值来获取主电机的转动情况，通过SPI通讯来获取各磁编码器的转动数值。

实施例2

本实施例提供一种导丝打滑监测与自动夹紧装置的控制方法，其特征在于，采用实施例1所述的导丝打滑监测与自动夹紧装置，包括：

获取正交编码器与各个磁编码器的数据，从而得到主动摩擦轮的转动圈数和各个从动摩擦轮的转动圈数；

若主动摩擦轮的转动圈数和各个从动摩擦轮的转动圈数均一致，则导丝未打滑；

若主动摩擦轮、第一从动摩擦轮、第二从动摩擦轮和第三从动摩擦轮的转动圈数不完全一致，则导丝出现打滑情况；

当导丝出现打滑情况时，根据主动摩擦轮的转动圈数与第一从动摩擦轮或第三从动摩擦轮的转动圈数的差值进行滑动偏差消除，通过控制夹紧电机驱动凸轮转动，从而控制第二从动摩擦轮和第三从动摩擦轮向主动摩擦轮和第一从动摩擦轮的方向移动，以对导丝进行夹紧操作。

下面对导丝打滑监测与自动夹紧装置的控制方法进行描述，具体包括如下步骤：

S1：获取正交编码器与各个磁编码器的数据，从而得到主电机转动圈数和各个从动摩擦轮的转动圈数；

具体地，通过累加计数和SPI通讯方式获取四个编码器的数据，进而获取主电机转动数据和各个从动摩擦轮的转动圈数。

S2：设定导丝打滑监测周期，根据当前监测周期的主电机转动圈数与上一监测周期的主电机转动圈数的差值，得到主电机转动圈数增量值；

根据当前监测周期的各磁编码器转动圈数与上一监测周期的各磁编码器转动圈数的差值，得到各磁编码器转动圈数增量值。

S3：判断主电机的正交编码器的数据与从动摩擦轮的磁编码器的数据是否对应；

具体地，首先根据主电机转动圈数得到主动摩擦轮的转动圈数；其中，主电机通过减速器与主动摩擦轮连接，根据减速器的减速比和主电机转动圈数得到主动摩擦轮的转动圈数；例如，选取84：1减速比的减速器，主电机主轴转84圈，主动摩擦轮转1圈；

各个磁编码器的转动圈数数据与各个从动摩擦轮的转动圈数一致；

则，若不存在打滑的情况，在主动摩擦轮的带动下，各个从动摩擦轮应与主动摩擦轮的转动圈数相同；

那么，通过各编码器的数值情况进行判断，具体为：

（1）正交编码器监测到主电机转动，而各个磁编码器监测到各个从动摩擦轮均不转动，则判定为夹紧力不足，导丝打滑且未能递送。

（2）正交编码器监测到主电机转动，第二磁编码器监测到第二从动摩擦轮转动，且主动摩擦轮与第二从动摩擦轮的转动圈数一致，而第一从动摩擦轮和第三从动摩擦轮不转动，则判定导丝打滑。

（3）正交编码器监测到主电机转动，各个磁编码器监测到各个从动摩擦轮均转动，主动摩擦轮与第二从动摩擦轮的转动圈数一致，第一从动摩擦轮和第三从动摩擦轮的转动圈数一致，但两对相对设置的摩擦轮之间转动圈数不一致，则判定为导丝打滑。

（4）正交编码器监测到主电机转动，各个磁编码器监测到各个从动摩擦轮均转动，且主动摩擦轮、第一从动摩擦轮、第二从动摩擦轮和第三从动摩擦轮的转动圈数均一致，则判定为导丝未打滑，正常工作。

（5）其余情况判定为其余错误，进行报警。

S4：当判定为导丝打滑时，计算主动摩擦轮的转动圈数与第一从动摩擦轮/第三从动摩擦轮（二者取其一即可）的转动圈数的差值，根据转动圈数的差值，由主电机控制主动摩擦轮再转动与转动圈数差值相同的圈数，以进行滑动偏差消除；

这是因为，第一从动摩擦轮/第三从动摩擦轮完全由导丝带动转动，故其转动变化值为导丝实际递送值，将此值与主动摩擦轮的转动圈数取差，并将此差值补偿到电机控制闭环算法中，进行滑动偏差消除。

例如，用户通过摇杆的输入，由主电机控制主动摩擦轮转动3圈使导丝向前递送，但通过对从动摩擦轮的监测发现转3圈的过程中有一圈是打滑的，故再控制主动摩擦轮转动一圈，从而将打滑的一圈进行偏差补偿。

S5：当判定为夹紧力不足，导丝打滑且未能递送时，这是出现因第二从动摩擦轮和第三从动摩擦轮的压紧力不够而出现的导丝打滑的情况；该情况下，控制夹紧电机工作，对导丝进行夹紧操作；

其中，对导丝进行夹紧操作时，采用逐步增加力矩的夹紧方式，每次执行夹紧操作只控制夹紧电机增加0.1Nm（示例，非实际值），若本次操作后夹紧力仍不足，则等待下一监测周期继续夹紧操作；

此时，需判断夹紧电机力矩是否超过最大值，若增加的力矩超过所设置的夹紧电机力矩最大值时还存在打滑现象，则停止夹紧并报警。

S6：当获取到停止递送指令时，停止递送导丝。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种导丝打滑监测与自动夹紧装置，其特征在于，包括：第一壳体、第二壳体、设于第一壳体内且并排设置的主动摩擦轮和第一从动摩擦轮，以及设于第二壳体内且并排设置的第二从动摩擦轮和第三从动摩擦轮；

所述主动摩擦轮和第二从动摩擦轮相对设置，第一从动摩擦轮和第三从动摩擦轮相对设置，在两对相对设置的摩擦轮中间夹入导丝；所述主动摩擦轮由主电机驱动，第二从动摩擦轮由主动摩擦轮驱动，第一从动摩擦轮和第三从动摩擦轮通过导丝的移动带动转动，且主动摩擦轮、第一从动摩擦轮、第二从动摩擦轮和第三从动摩擦轮的转动圈数一致；所述主电机、第一从动摩擦轮、第二从动摩擦轮和第三从动摩擦轮上均设有用于监测转动圈数的编码器；

所述导丝打滑监测与自动夹紧装置还包括夹紧电机和与夹紧电机连接的凸轮，所述夹紧电机和凸轮位于第二壳体顶部，所述夹紧电机带动凸轮转动，从而控制第二从动摩擦轮和第三从动摩擦轮向主动摩擦轮和第一从动摩擦轮的方向移动而夹紧导丝，以及向主动摩擦轮和第一从动摩擦轮的反方向移动而放开导丝；

所述主电机通过减速器与主动摩擦轮相连，由正交编码器获取主电机的转动圈数，从而根据主电机的转动圈数和减速器的减速比得到主动摩擦轮的转动圈数。

2.如权利要求1所述的一种导丝打滑监测与自动夹紧装置，其特征在于，所述第一从动摩擦轮、第二从动摩擦轮和第三从动摩擦轮上均设有用于监测各个从动摩擦轮转动圈数的磁编码器。

3.如权利要求1所述的一种导丝打滑监测与自动夹紧装置，其特征在于，所述主电机的主轴上设有正交编码器。

4.如权利要求1所述的一种导丝打滑监测与自动夹紧装置，其特征在于，若主动摩擦轮、第一从动摩擦轮、第二从动摩擦轮和第三从动摩擦轮的转动圈数不完全一致，则导丝出现打滑情况。

5.一种导丝打滑监测与自动夹紧装置的控制方法，其特征在于，采用权利要求1-4任一项所述的一种导丝打滑监测与自动夹紧装置，包括：

获取正交编码器与各个磁编码器的数据，从而得到主动摩擦轮的转动圈数和各个从动摩擦轮的转动圈数；

若主动摩擦轮的转动圈数和各个从动摩擦轮的转动圈数均一致，则导丝未打滑；

若主动摩擦轮、第一从动摩擦轮、第二从动摩擦轮和第三从动摩擦轮的转动圈数不完全一致，则导丝出现打滑情况；

当导丝出现打滑情况时，根据主动摩擦轮的转动圈数与第一从动摩擦轮或第三从动摩擦轮的转动圈数的差值进行滑动偏差消除，通过控制夹紧电机驱动凸轮转动，从而控制第二从动摩擦轮和第三从动摩擦轮向主动摩擦轮和第一从动摩擦轮的方向移动，以对导丝进行夹紧操作。

6.如权利要求5所述的一种导丝打滑监测与自动夹紧装置的控制方法，其特征在于，若只有主动摩擦轮转动，各个从动摩擦轮均不转动时，则判定为夹紧力不足，导丝打滑且未能递送；

若主动摩擦轮与第二从动摩擦轮的转动圈数一致，第一从动摩擦轮和第三从动摩擦轮不转动时，则判定导丝打滑；

若主动摩擦轮与第二从动摩擦轮的转动圈数一致，第一从动摩擦轮和第三从动摩擦轮的转动圈数一致，但两对相对设置的摩擦轮之间转动圈数不一致时，则判定为导丝打滑。

7.如权利要求6所述的一种导丝打滑监测与自动夹紧装置的控制方法，其特征在于，当仅判定为导丝打滑时，由主电机控制主动摩擦轮转动与转动圈数差值相同的圈数，以进行滑动偏差消除。

8.如权利要求6所述的一种导丝打滑监测与自动夹紧装置的控制方法，其特征在于，当判定为夹紧力不足、导丝打滑且未能递送时，通过控制夹紧电机工作，对导丝进行夹紧操作。

9.如权利要求8所述的一种导丝打滑监测与自动夹紧装置的控制方法，其特征在于，对导丝进行夹紧操作时，采用逐步增加力矩的夹紧方式；若增加的力矩超过所设置的夹紧电机力矩最大值时还存在打滑现象，则停止夹紧并报警。