CN107775632A - 一种前臂静脉穿刺机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种前臂静脉穿刺机器人，包括支架、设置在支架上的悬臂梁以及设置在悬臂梁下方的第一连接臂、第二连接臂和插针装置，第二连接臂与第一连接臂相连，插针装置与第二连接臂相连；所述机器人还包括带动第一连接臂绕竖直方向旋转的第一驱动机构、带动第二连接臂相对第一连接臂做旋转运动的第二驱动机构以及带动所述插针装置相对第二连接臂做旋转运动的第三驱动机构，第一连接臂动作带动第二连接臂同步运动，第二连接臂动作带动插针装置同步运动。本发明采用机械穿刺，大大减少了静脉穿刺对医务人员技术的依赖，减轻了医护人员的工作强度，且与人手操作相比，应用本发明中的静脉穿刺机器人具有更高的准确性和稳定性。

Description

一种前臂静脉穿刺机器人

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，尤其涉及一种前臂静脉穿刺机器人。

背景技术

长期以来，临床上日常静脉采血的时候，不论是组织体检还是医院门诊的护士在负责血液采集的时候，都重复着相同的工作。据初步调查，新生儿科、妇产科由于婴幼儿血管细小需要头皮注射液体，其三次注射成功率才70％，一次注射成功率不到40％，根据国外统计数据显示，平均9％的病人需要四次以上的穿刺才能顺利的插入静脉血管，每个病人平均需要穿刺2.18次才能成功地找到血管。而美国儿童医疗协会的统计数据显示，40％以上的医疗机构允许两至四次的穿刺，以找到病人的血管实现治疗的目的，而受调查的13％的医疗机构对穿刺次数没有任何限制。对于急救、休克、失血所导致的血液量急剧减少、血管塌陷的病人、过于肥胖的病人、血管弹性很差的病人、产科刚出生的婴幼儿、儿科病人、肾内科全身浮肿病人、高干科病人、急救病人、血液科、肿瘤科多次化疗病人等，其穿刺的成功率更低，穿刺的数量更多，穿刺困难度更大。

采用现有常规静脉采血的方式采血时，存在工作量大、工序复杂、血管不好找等问题，不仅给她们的工作带来诸多不便，还增加了患者的痛苦。

公开号为CN106730149A的专利申请公开了一种静脉穿刺装置，包括固定装置、导向装置和驱动装置，固定装置与导向装置可滑动连接，固定装置与驱动装置固定连接，驱动装置用于与控制装置连接，待置入软管通过待穿刺针体固定在固定装置上，导向装置用于引导固定装置和针体以固定的方向运动，驱动装置用于驱动固定装置沿着导向装置引导的方向运动，所述软管通过针体固定设置在针筒上，固定装置包括内筒、外筒、第一连接件、固定板和针卡，针筒设置在内筒中与内筒固定连接，内筒通过第一连接件设置在外筒中，且外筒与内筒可滑动连接，外筒通过第一连接件固定设置在固定板上，针卡与退针按钮相配合，用于在外力的作用下触发退针按钮，以使针体与软管分离并回退到针筒内；所述驱动装置包括控制电机、第二连接件、置管电机、第三连接件、外筒连接杆和电机连接杆，控针电机固定设置在所述固定板上，并通过第二连接件与内筒固定连接，置管电机通过电机连接杆固定设置在固定板上，置管电机与第三连接件固定连接，第三连接件通过外筒连接杆与外筒连接。上述静脉穿刺装置虽然能够实现自动控制进针、置管和退针的动作，但是其存在自由度少、控制复杂、结构繁复、造价成本高的问题。

由此可见，现有技术有待于进一步的改进和提高。

发明内容

本发明为避免上述现有技术存在的不足之处，提供了一种前臂静脉穿刺机器人，该机器人仿照人类手臂的运动形式设置，具有三个旋转自由度，实现了静脉穿刺的自动化过程。

本发明所采用的技术方案为：

一种前臂静脉穿刺机器人，包括支架、设置在支架上的悬臂梁以及设置在悬臂梁下方的第一连接臂、第二连接臂和插针装置，第二连接臂与第一连接臂相连，插针装置与第二连接臂相连；所述机器人还包括带动第一连接臂绕竖直方向旋转的第一驱动机构、带动第二连接臂相对第一连接臂做旋转运动的第二驱动机构以及带动所述插针装置相对第二连接臂做旋转运动的第三驱动机构，第一连接臂动作带动第二连接臂同步运动，第二连接臂动作带动插针装置同步运动。

所述第一驱动机构包括第一电机、第一传动轴及沿竖直方向设置的第一关节轴，第一传动轴与第一电机的输出轴相连，第一关节轴的一端与第一传动轴相连，所述第一连接臂通过第一关节轴与悬臂梁转动连接，第一电机通过第一传动轴、第一关节轴带动所述第一连接臂绕竖直方向旋转。

所述第一驱动机构还包括第一行星减速器和第一联轴器，第一行星减速器设置在第一电机和第一传动轴之间，第一行星减速器的输入轴连接第一电机的输出轴，第一行星减速器的输出轴连接第一传动轴，第一联轴器用于连接第一传动轴和第一关节轴。

所述第一连接臂呈倒置的U型，第一连接臂包括横臂以及两根分别与横臂的两端固连的第一竖臂，两根第一竖臂相互平行，所述第二连接臂包括两根相互平行的第二竖臂，两根第二竖臂的下部相连。

所述第二驱动机构包括第二电机、第二传动轴、第一转轴及沿水平方向设置的第二关节轴，第一转轴与第二关节轴相互平行；其中一根第二竖臂通过第二关节轴和与该第二竖臂位置相对的一根第一竖臂转动连接；另一根第二竖臂通过第一转轴和与该第二竖臂位置相对的另一根第一竖臂转动连接，第二传动轴与第二电机的输出轴相连，第二关节轴的一端与第二传动轴相连，第二电机通过第二传动轴、第二关节轴带动所述第二连接臂相对于第一连接臂做旋转运动。

所述第二驱动机构还包括第二行星减速器和第二联轴器，第二行星减速器设置在第二电机和第二传动轴之间，第二行星减速器的输入轴连接第二电机的输出轴，第二行星减速器的输出轴连接第二传动轴，第二联轴器用于连接第二传动轴和第二关节轴。

所述第三驱动机构包括第三电机、第三传动轴、第二转轴、第三关节轴及定位块，第二转轴和第三关节轴相互平行，定位块设置在两根第二竖臂之间，定位块的一侧设置有所述插针装置，且定位块的一端通过第三关节轴与其中一根第二竖臂转动连接、另一端通过所述第二转轴与另一根第二竖臂转动连接；第三传动轴与第三电机的输出轴相连，第三关节轴的一端与第三传动轴相连，第三电机通过第三传动轴、第三关节轴带动所述定位块相对于第二竖臂做旋转运动，从而带动所述插针装置相对第二竖臂做旋转运动。

所述第三驱动机构还包括第三行星减速器和第三联轴器，第三行星减速器设置在第三电机和第三传动轴之间，第三行星减速器的输入轴连接第三电机的输出轴，第三行星减速器的输出轴连接第三传动轴，第三联轴器用于连接第三传动轴和第三关节轴。

所述插针装置包括针头、针头座和滑台，针头设置在针头座上，针头与针头座之间为可拆卸式连接，针头座设置在滑台的一侧，针头座与滑台之间为可拆卸式连接，滑台与所述设置在所述定位块的一侧；所述机器人还包括带动所述插针装置沿与第二连接臂相平行的方向作直线往复运动的直线驱动机构，所述直线驱动机构包括第四电机、联动块和滚珠丝杠副，联动块设置在定位块的下方，且联动块与滑台固连，滚珠丝杠副包括相适配的丝杠和螺母，丝杠依次穿过螺母、定位块后与所述联动块相连，所述螺母与第四电机的输出轴相连，并在第四电机的带动下旋转，从而带动丝杠直线滑移，丝杠运动通过联动块带动滑台及设置在滑台上的针头座运动；所述直线驱动机构还包括第四行星减速器和用于安装第四电机的电机座，电机座设置在滑台上，第四行星减速器的输入轴与所述第四电机的输出轴相连，第四行星减速器的输出轴连接所述螺母。

所述机器人还包括导向机构，导向机构包括导向杆，导向杆设置在丝杠的一侧且与丝杠相互平行，导向杆的一端穿过定位块后与联动块相连。

由于采用了上述技术方案，本发明所取得的有益效果为：

1、本发明采用机械穿刺，大大减少了静脉穿刺对医务人员技术的依赖，减轻了医护人员的工作强度，在很大程度上解放了人力。而且，与人手操作相比，应用本发明中的静脉穿刺机器人具有更高的准确性和稳定性，能够稳定且准确的进行软组织穿刺，减轻了患者的痛苦。

2、本发明能够实现自动化控制，规范了采血过程，减少了并发症的产生。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的俯视图。

图3为本发明中的第二连接臂连同插针装置旋转至某一位置处的状态示意图。

图4为本发明中的第二连接臂连同插针装置旋转至某一位置处的状态示意图。

图5为本发明中的第二连接臂连同插针装置旋转至某一位置处的状态示意图。

图6为图1的局部放大图。

图7为本发明中插针装置和直线驱动机构装配后的半剖图。

图8为本发明中插针装置和直线驱动机构装配后的俯视图。

其中，

1、支架 2、悬臂梁 3、第一电机 4、第一行星减速器 5、第一关节轴 6、第一连接臂61、横臂 62、第一竖臂 7、第二电机 8、第二行星减速器 9、第二关节轴 10、第二竖臂 11、第三电机 12、第三行星减速器 13、第三关节轴 14、定位块 15、滑台 16、针头 17、第二转轴 18、丝杠 19、导向杆 20、第一转轴 21、第四电机 22、第四行星减速器 23、针头固定座24、联动块 25、螺母安装座 26、螺母 27、第一联轴器 28、第一滚珠轴承 29、第一传动轴30、加强肋 31、第六滚珠轴承

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于这些实施例。

如图1至图8所示，一种前臂静脉穿刺机器人，包括支架1、设置在支架1上的悬臂梁2以及设置在悬臂梁2下方的第一连接臂6、第二连接臂和插针装置，第二连接臂与第一连接臂6相连，插针装置与第二连接臂相连。

具体地来说，所述悬臂梁2呈倒置的L型，包括与支架1相连的横板和用于安装第一连接臂6的竖板，横板和竖板一体固连，且横板与竖板相连的位置处设置有加强肋30。

所述第一连接臂6呈倒置的U型，第一连接臂6包括横臂61以及两根分别与横臂61的两端固连的第一竖臂62，两根第一竖臂62相互平行。所述第二连接臂包括两根相互平行的第二竖臂10，两根第二竖臂10位于两根第一竖臂62之间。两根第二竖臂10的下部相连，从而能实现同步运动。

所述机器人还包括带动第一连接臂6整体绕竖直方向旋转的第一驱动机构。第一连接臂6整体旋转时，带动第二连接臂同步绕竖直方向做旋转运动。

具体来说，所述第一驱动机构包括第一电机3、第一行星减速器4、第一联轴器27、第一传动轴29及沿竖直方向设置的第一关节轴5。所述第一行星减速器4设置在第一电机3和第一传动轴29之间，第一行星减速器4的输入轴连接第一电机3的输出轴，第一行星减速器4的输出轴连接第一传动轴29，第一联轴器27用于连接第一传动轴29和第一关节轴5。所述第一关节轴5的一端与第一传动轴29相连、另一端穿过悬臂梁2后连接所述横臂61，第一关节轴5与悬臂梁2之间设置有第一滚珠轴承28，所述横臂61通过第一关节轴5与悬臂梁2的横板转动连接，第一电机3通过第一传动轴29、第一关节轴5带动所述第一连接臂6整体绕竖直方向旋转。

所述机器人还包括带动第二连接臂相对第一连接臂6做旋转运动的第二驱动机构。第二连接臂旋转时，带动插针装置同步旋转。

具体地来说，所述第二驱动机构包括第二电机7、第二行星减速器8、第二联轴器、第二传动轴、第一转轴20及沿水平方向设置的第二关节轴9，第一转轴20与第二关节轴9相互平行。其中一根第二竖臂通过第二关节轴9和与该第二竖臂10位置相对的一根第一竖臂转动连接，且第二关节轴与该第一竖臂之间设置有第二滚珠轴承。另一根第二竖臂通过第一转轴20和与该第二竖臂位置相对的另一根第一竖臂转动连接，第一转轴20和该第一竖臂之间设置有第三滚珠轴承。

所述第二行星减速器8设置在第二电机7和第二传动轴之间，第二行星减速器8的输入轴连接第二电机7的输出轴，第二行星减速器8的输出轴连接第二传动轴，第二联轴器用于连接第二传动轴和第二关节轴9。第二关节轴9的一端与第二传动轴相连，第二电机7通过第二传动轴、第二关节轴带动所述第二连接臂相对于第一连接臂6做旋转运动。

所述机器人还包括带动所述插针装置相对第二连接臂做旋转运动的第三驱动机构。

具体地来说，所述第三驱动机构包括第三电机11、、第三行星减速器12、第三联轴器、第三传动轴、第二转轴17、第三关节轴13及定位块14，第二转轴17和第三关节轴13相互平行，定位块14设置在两根第二竖臂10之间，定位块14的一侧设置有所述插针装置。定位块14的一端通过第三关节轴13与其中一根第二竖臂转动连接，第三关节轴13与该第二竖臂之间设置有第四滚珠轴承。定位块14的另一端通过所述第二转轴17与另一根第二竖臂10转动连接，第二转轴17与该第二竖臂之间设置有第五滚珠轴承。第三行星减速器12设置在第三电机11和第三传动轴之间，第三行星减速器12的输入轴连接第三电机11的输出轴，第三行星减速器12的输出轴连接第三传动轴，第三联轴器用于连接第三传动轴和第三关节轴13。第三关节轴13的一端与第三传动轴相连，第三电机11通过第三传动轴、第三关节轴13带动所述定位块14相对于第二竖臂做旋转运动，从而带动所述插针装置相对第二竖臂做旋转运动。

因第一、第二、第三驱动机构的结构组成大体相同，因此，以第一驱动机构为代表，在图6中示出了各部件之间的相同位置关系。

当然，所述第一、第二及第三驱动机构还可以采用其他的驱动结构形式，只要能够实现驱动旋转即可。图3至图5分别示出了第二连接臂连同插针装置旋转至不同位置处的状态示意图。

所述插针装置包括针头16、针头座23和滑台15。针头16设置在针头座23上，且针头16与针头座23之间为可拆卸式连接。针头座23设置在滑台15的一侧，针头座23与滑台15之间为可拆卸式连接。滑台15与所述设置在所述定位块14的一侧。

所述机器人还包括带动所述插针装置沿与第二连接臂相平行的方向作直线往复运动以完成穿刺、将所述针头16插入患者皮肤的直线驱动机构。所述直线驱动机构包括第四电机21、联动块24和滚珠丝杠副，联动块24设置在定位块14的下方，且联动块24与滑台15固连。滚珠丝杠副包括相适配的丝杠18和螺母26，丝杠18与螺母26相连，丝杠18穿过定位块14后与所述联动块24相连，所述螺母26与第四电机21的输出轴相连，并在第四电机21的带动下旋转，从而带动与螺母26相适配的丝杠18做直线滑移运动。丝杠18运动通过联动块24带动滑台15及设置在滑台15上的针头座23运动。所述直线驱动机构还包括第四行星减速器22和用于安装第四电机21的电机座，电机座设置在滑台15上，第四行星减速器22的输入轴与所述第四电机21的输出轴相连，第四行星减速器22的输出轴连接所述螺母26。

所述机器人还包括导向机构，导向机构包括两根导向杆19，两根导向杆19分别设置在丝杠18的两侧并均与丝杠18相互平行，各导向杆19的一端穿过定位块14后均与联动块24相连。各导向杆19的顶端与螺母安装座25相连，所述螺母26安装在螺母安装座25内，且螺母26与螺母安装座25内开设的用于安装螺母26的安装孔之间设置有第六滚珠轴承31。

本发明中的机器人在实际应用过程中，需要结合计算机系统、超声波系统和红外线系统等进行使用，通过设定各电机的启停顺序，来控制整个机器人的运转，实现稳定且准确地穿刺。

本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“竖向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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发明和简化描述，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发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种前臂静脉穿刺机器人，其特征在于，包括支架、设置在支架上的悬臂梁以及设置在悬臂梁下方的第一连接臂、第二连接臂和插针装置，第二连接臂与第一连接臂相连，插针装置与第二连接臂相连；所述机器人还包括带动第一连接臂绕竖直方向旋转的第一驱动机构、带动第二连接臂相对第一连接臂做旋转运动的第二驱动机构以及带动所述插针装置相对第二连接臂做旋转运动的第三驱动机构，第一连接臂动作带动第二连接臂同步运动，第二连接臂动作带动插针装置同步运动。

2.根据权利要求1所述的一种前臂静脉穿刺机器人，其特征在于，所述第一驱动机构包括第一电机、第一传动轴及沿竖直方向设置的第一关节轴，第一传动轴与第一电机的输出轴相连，第一关节轴的一端与第一传动轴相连，所述第一连接臂通过第一关节轴与悬臂梁转动连接，第一电机通过第一传动轴、第一关节轴带动所述第一连接臂绕竖直方向旋转。

3.根据权利要求2所述的一种前臂静脉穿刺机器人，其特征在于，所述第一驱动机构还包括第一行星减速器和第一联轴器，第一行星减速器设置在第一电机和第一传动轴之间，第一行星减速器的输入轴连接第一电机的输出轴，第一行星减速器的输出轴连接第一传动轴，第一联轴器用于连接第一传动轴和第一关节轴。

4.根据权利要求1所述的一种前臂静脉穿刺机器人，其特征在于，所述第一连接臂呈倒置的U型，第一连接臂包括横臂以及两根分别与横臂的两端固连的第一竖臂，两根第一竖臂相互平行，所述第二连接臂包括两根相互平行的第二竖臂，两根第二竖臂的下部相连。

5.根据权利要求4所述的一种前臂静脉穿刺机器人，其特征在于，所述第二驱动机构包括第二电机、第二传动轴、第一转轴及沿水平方向设置的第二关节轴，第一转轴与第二关节轴相互平行；其中一根第二竖臂通过第二关节轴和与该第二竖臂位置相对的一根第一竖臂转动连接；另一根第二竖臂通过第一转轴和与该第二竖臂位置相对的另一根第一竖臂转动连接，第二传动轴与第二电机的输出轴相连，第二关节轴的一端与第二传动轴相连，第二电机通过第二传动轴、第二关节轴带动所述第二连接臂相对于第一连接臂做旋转运动。

6.根据权利要求5所述的一种前臂静脉穿刺机器人，其特征在于，所述第二驱动机构还包括第二行星减速器和第二联轴器，第二行星减速器设置在第二电机和第二传动轴之间，第二行星减速器的输入轴连接第二电机的输出轴，第二行星减速器的输出轴连接第二传动轴，第二联轴器用于连接第二传动轴和第二关节轴。

7.根据权利要求4所述的一种前臂静脉穿刺机器人，其特征在于，所述第三驱动机构包括第三电机、第三传动轴、第二转轴、第三关节轴及定位块，第二转轴和第三关节轴相互平行，定位块设置在两根第二竖臂之间，定位块的一侧设置有所述插针装置，且定位块的一端通过第三关节轴与其中一根第二竖臂转动连接、另一端通过所述第二转轴与另一根第二竖臂转动连接；第三传动轴与第三电机的输出轴相连，第三关节轴的一端与第三传动轴相连，第三电机通过第三传动轴、第三关节轴带动所述定位块相对于第二竖臂做旋转运动，从而带动所述插针装置相对第二竖臂做旋转运动。

8.根据权利要求7所述的一种前臂静脉穿刺机器人，其特征在于，所述第三驱动机构还包括第三行星减速器和第三联轴器，第三行星减速器设置在第三电机和第三传动轴之间，第三行星减速器的输入轴连接第三电机的输出轴，第三行星减速器的输出轴连接第三传动轴，第三联轴器用于连接第三传动轴和第三关节轴。

9.根据权利要求7所述的一种前臂静脉穿刺机器人，其特征在于，所述插针装置包括针头、针头座和滑台，针头设置在针头座上，针头与针头座之间为可拆卸式连接，针头座设置在滑台的一侧，针头座与滑台之间为可拆卸式连接，滑台与所述设置在所述定位块的一侧；所述机器人还包括带动所述插针装置沿与第二连接臂相平行的方向作直线往复运动的直线驱动机构，所述直线驱动机构包括第四电机、联动块和滚珠丝杠副，联动块设置在定位块的下方，且联动块与滑台固连，滚珠丝杠副包括相适配的丝杠和螺母，丝杠依次穿过螺母、定位块后与所述联动块相连，所述螺母与第四电机的输出轴相连，并在第四电机的带动下旋转，从而带动丝杠直线滑移，丝杠运动通过联动块带动滑台及设置在滑台上的针头座运动；所述直线驱动机构还包括第四行星减速器和用于安装第四电机的电机座，电机座设置在滑台上，第四行星减速器的输入轴与所述第四电机的输出轴相连，第四行星减速器的输出轴连接所述螺母。

10.根据权利要求9所述的一种前臂静脉穿刺机器人，其特征在于，所述机器人还包括导向机构，导向机构包括导向杆，导向杆设置在丝杠的一侧且与丝杠相互平行，导向杆的一端穿过定位块后与联动块相连。