CN102210610B - 微创血管介入手术机器人推进机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微创血管介入手术机器人推进机构，用于微创血管介入手术机器人的末端执行器，包括轴向进给部件和周向旋转部件，轴向进给部件包括两个对称的轴向进给模块，轴向进给模块包括电机、导轨、丝杠、夹紧模块、限位开关；夹紧模块夹紧导管或导丝并通过丝杠沿着导轨做直线运动，当夹紧模块接触到限位开关时将改变其运动方向。周向旋转部件包括电机、一对外啮合齿轮、旋转盘、连杆；前后旋转盘通过连杆的连接形成一个旋转筒体，两个轴向进给模块分别固定在前后旋转盘上；旋转筒体旋转带动轴向进给部件旋转，实现导管或导丝旋转方向的改变。能够夹持和推进不同型号的导管或导丝，模块化的设计便于拆卸和消毒。
Description
技术领域
本发明涉及一种医疗设备领域的微创血管介入手术机器人，尤其涉及一种微创血管介入手术机器人推进机构。
背景技术
传统的血管介入手术由医生人工完成，存在着明显的弊端，比如：医生在射线环境下工作，长期操作对身体伤害很大；现有手术方法技巧性强，风险性高，专科医生手术培训时间长；由于操作复杂、手术时间长，医生疲劳和人手操作不稳定等因素会直接影响手术质量，进而影响患者生存质量等。
近年来，医疗机器人的研究和开发力度越来越大，临床应用的医疗机器人也越来越多，现有技术中，微创血管介入手术机器人推进机构的推进原理采用摩擦滚轮的摩擦力来推送导管。
上述现有技术至少存在以下缺点：
在推送过程中不可避免的要产生滑移，而且导管在运行过程中还要带动检测机构，检测机构的运动是靠导管带动从动摩擦滚轮来运动的，这就会使导管的运动精度降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种精度高的能在血管介入手术中实现对导管或导丝轴向推进和周向旋转的微创血管介入手术机器人推进机构。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的微创血管介入手术机器人推进机构，用于微创血管介入手术机器人的末端执行器，包括用于推进导管或导丝的轴向进给部件和用于改变导管或导丝旋转方向的周向旋转部件；
所述周向旋转部件包括旋转模块步进电机、一对外啮合齿轮、前旋转盘和后旋转盘、连杆；所述前旋转盘与后旋转盘通过所述连杆连接形成一个旋转筒体，所述旋转模块步进电机通过所述外啮合齿轮驱动所述旋转筒体；
所述轴向进给部件包括两个对称固定在所述前旋转盘和后旋转盘上的轴向进给模块，所述轴向进给模块包括进给模块步进电机、导轨、丝杠、夹紧模块，所述夹紧模块设置在所述导轨上与所述丝杠啮合，所述丝杠由所述进给模块步进电机驱动，所述导轨的两端分别设有限位开关。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明的微创血管介入手术机器人推进机构，由包括用于推进导管或导丝的轴向进给部件和用于改变导管或导丝旋转方向的周向旋转部件；轴向进给部件包括两个轴向进给模块，并由夹紧模块夹持导管或导丝；周向旋转部件包括一对外啮合齿轮和一个旋转筒体，轴向进给模块固定在前后旋转盘上。能在血管介入手术中实现对导管或导丝轴向推进和周向旋转，结构简单、使用方便、精度高。
附图说明
图1为本发明微创血管介入手术机器人推进机构的总体结构示意图；
图2为本发明中轴向进给模块的结构示意图；
图3为本发明中夹紧模块的结构示意图。
图中：1底板，2前支架，3旋转模块电机座，4旋转模块步进电机，5主动齿轮，6被动齿轮，7前旋转盘，8轴向进给模块，9后旋转盘，10连杆，11后支架；
12导轨，13进给模块步进电机，14进给模块电机座，15前限位开关，16夹紧模块，17丝杠，18后限位开关，19丝杠支撑座；
20舵机，21左齿轮杆，22左连接杆，23左夹持杆，24左垫片，25右垫片，26右夹持杆，27右连接杆，28机架，29右齿轮杆，30夹紧模块螺母。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述：
本发明的微创血管介入手术机器人推进机构，用于微创血管介入手术机器人的末端执行器，其较佳的具体实施方式是：
包括用于推进导管或导丝的轴向进给部件和用于改变导管或导丝旋转方向的周向旋转部件；
所述周向旋转部件包括旋转模块步进电机、一对外啮合齿轮、前旋转盘和后旋转盘、连杆；所述前旋转盘与后旋转盘通过所述连杆连接形成一个旋转筒体，所述旋转模块步进电机通过所述外啮合齿轮驱动所述旋转筒体；
所述轴向进给部件包括两个对称固定在所述前旋转盘和后旋转盘上的轴向进给模块，所述轴向进给模块包括进给模块步进电机、导轨、丝杠、夹紧模块，所述夹紧模块设置在所述导轨上与所述丝杠啮合，所述丝杠由所述进给模块步进电机驱动，所述导轨的两端分别设有限位开关。
所述夹紧模块包括由舵机驱动的四杆机构，所述四杆机构包括一对相互啮合的齿轮杆，所述齿轮杆的前端铰接有夹持杆，所述夹持杆的中部通过连接杆与机架连接，其中一个齿轮杆与所述舵机连接。
该推进机构还包括用于与下部支撑臂连接的接口，该推进机构的底部装有整个机器人空间的标记点。
本发明中，轴向进给模块上的夹紧模块夹紧导管或导丝，通过丝杠的前进、后退来驱使夹紧模块前进、后退，进而带动导管或导丝轴向进给或后退；导管或导丝的周向旋转通过夹紧模块来夹紧导管和导丝，由于轴向进给部件固结于旋转筒体内，所以旋转筒体的旋转直接驱使进给部件旋转，进而实现导管或导丝旋转方向的改变。
周向旋转部件包括步进电机，一对外啮合的齿轮，前后两个旋转盘和连接旋转盘的三根连杆组成；被动齿轮与前旋转盘固定，前后两个旋转盘由三根连杆连接形成旋转筒体，通过步进电机驱动主动齿轮，主动齿轮带动被动齿轮旋转，带动旋转筒体做旋转运动。
轴向进给模块有步进电机驱动，通过丝杠把步进电机的旋转运动转换为夹紧模块的直线运动。夹紧模块在做直线运动的同时夹紧导管或导丝，进而实现导管或导丝的直线进给运动。
具体轴向进给部件可以包括两个相对称的进给模块，进给模块包括步进电机、导轨、丝杠、限位开关、夹紧模块；步进电机带动丝杠进行旋转运动，丝杠通过夹紧模块螺母把旋转运动转化为夹紧模块的直线运动，夹紧模块通过舵机的驱动实现四杆机构的张合，夹紧导管或导丝，实现导管或导丝的轴向进给运动；当一个夹紧模块处于张开状态时，另一个夹紧模块就处于闭合夹紧状态，两者运动方向相反，当夹紧模块运动到丝杠末端时，会碰到限位开关，改变夹紧模块的运动方向；夹紧模块的夹持及锁定是由舵机驱动四杆机构来实现，所以夹紧模块具备针对不同型号导管或导丝的自适应功能。
本发明的微创血管介入手术机器人推进机构还包括用于与下部机械臂连接的简易接口，同时其底部装有整个机器人空间的标记点。推进机构模块化的设计能够实现方便快捷的拆卸，同时有利于系统的集成。
下面通过具体实施例，并结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明的微创血管介入手术机器人推进机构包括支撑平台、进给部件、旋转部件以及旋转驱动部件等部分。
其中，支撑平台包括底板1、前支架2、后支架11等；轴向进给部件包括两个轴向进给模块；旋转驱动部件包括电机座3、步进电机4、主动齿轮5、被动齿轮6等，电机和主动齿轮间通过紧定螺钉来实现动力的传递；旋转部件包括前旋转盘7、后旋转盘9、连杆10、进给模块8等，其中两个进给模块固定在前后两个旋转盘上，两个旋转盘通过连杆连接固定形成旋转筒体，同时保证进给模块上的夹紧模块的夹紧中心轴线与旋转盘的中心轴线同轴，前后旋转盘通过两个滚动轴承与前后支架相连接，保证了旋转筒体的旋转运动；
如图2所示，本发明的轴向进给模块包括电机座14、步进电机13、丝杠17、丝杠支撑座19、夹紧模块16、导轨12等，进给模块通过导轨固定在旋转部件的前后旋转盘上。
如图3所示轴向进给模块包括一个夹紧模块，夹紧模块包括夹紧模块螺母30，舵机20，四杆机构(21-29)等，舵机的运动驱动右齿轮杆运动，带动左齿轮杆运动，进而带动两夹持杆的闭合与开启，最终实现导管或导丝的夹紧和松开。
本发明中的微创血管介入手术机器人推进机构主要是为了把导管或导丝推进到病灶区域辅助医生完成介入手术，解决现有手术过程中医生和病人过多遭受辐射等问题。本推进机构结构紧凑、体积小、重量轻；模块化设计便于拆卸和维护；另外，该推进机构还能实现对不同型号导管或导丝的推进；同时本发明还增加了视觉功能，很大程度上提高了机构的可靠性及手术的安全性能。
手术时，首先由医生将导丝前端通过血管鞘送入病体，然后由本发明的推进机构完成导管或导丝在病体内的推进直到到达病灶区域，避免了医生过多的辐射。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (2)
1.一种微创血管介入手术机器人推进机构，用于微创血管介入手术机器人的末端执行器，其特征在于，包括用于推进导管或导丝的轴向进给部件和用于改变导管或导丝旋转方向的周向旋转部件；
所述周向旋转部件包括旋转模块步进电机、一对外啮合齿轮、前旋转盘和后旋转盘、连杆；所述前旋转盘与后旋转盘通过所述连杆连接形成一个旋转筒体，所述旋转模块步进电机通过所述外啮合齿轮驱动所述旋转筒体；
所述轴向进给部件包括两个对称固定在所述前旋转盘和后旋转盘上的轴向进给模块，所述轴向进给模块包括进给模块步进电机、导轨、丝杠、夹紧模块，所述夹紧模块设置在所述导轨上与所述丝杠啮合，所述丝杠由所述进给模块步进电机驱动，所述导轨的两端分别设有限位开关；
所述夹紧模块包括由舵机驱动的四杆机构，所述四杆机构包括一对相互啮合的齿轮杆，所述齿轮杆的前端铰接有夹持杆，所述夹持杆的中部通过连接杆与机架连接，其中一个齿轮杆与所述舵机连接。
2.根据权利要求1所述的微创血管介入手术机器人推进机构，其特征在于，该推进机构还包括用于与下部支撑臂连接的接口，该推进机构的底部装有整个机器人空间的标记点。
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