CN109620367B - 穿刺机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种穿刺机器人。包括：用于显示断层扫描装置的图像信息显示装置、六自由度机械手臂和控制所述六自由度机械手臂运动的力反馈操作台，所述六自由度机械手臂的控制信号接收端与所述力反馈操作台的控制信号输出端连接；所述六自由度机械手臂包括机械手末端装置、可带动所述机械手末端装置做直线运动的第一直线运动机构、第二直线运动机构和第三直线运动机构，以及带动所述机械手末端装置做旋转运动的第一旋转运动机构和第二旋转运动机构；所述力反馈操作台包括力反馈机构和操作机构；本申请解决了肺穿刺手术时辐射剂量较大、肺部小结节穿刺难度高的技术问题，从而提高了手术效率。

Description

穿刺机器人

技术领域

本申请涉及医疗器械领域，具体而言，涉及一种穿刺机器人。

背景技术

肺穿刺是将活检针或消融针等经胸膜腔脏层穿刺入肺，它用于肺周边部病变或弥散性肺病变的诊断和鉴别诊断，是目前最流行的检测消融微创手术。现在的肺穿刺手术主要是在CT设备引导下进行穿刺。目前市场上现有的肺穿刺机器人是先将患者送入CT设备辐照区域进行扫描，根据扫描图像确定病灶位置后再将患者移出辐照区域，最后通过机器人导航和路径规划系统引导医生进行手动穿刺。但这种方式不能真正实时显示人体结构和病变图像，无法克服术中患者移动和器官生理运动产生的误差，对于肺部小结节穿刺难度较高，手术效率较低且手术的准确性和安全性都有待于提高。

针对相关技术中肺穿刺手术时辐射剂量较大、肺部小结节穿刺难度高的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种穿刺机器人，以解决相关技术中肺穿刺手术时的准确性和安全性较低的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种穿刺机器人。

根据本申请的穿刺机器人包括：用于显示断层扫描装置的图像信息显示装置、六自由度机械手臂和控制所述六自由度机械手臂运动的力反馈操作台，所述六自由度机械手臂的控制信号接收端与所述力反馈操作台的控制信号输出端连接；所述六自由度机械手臂包括机械手末端装置、可带动所述机械手末端装置做直线运动的第一直线运动机构、第二直线运动机构和第三直线运动机构，以及带动所述机械手末端装置做旋转运动的第一旋转运动机构和第二旋转运动机构；所述力反馈操作台包括力反馈机构和操作机构，所述力反馈机构还包括固定架、线缆张紧装置、滑杆、钢丝绳、滑动轮机构和反馈力施加模块，所述操作机构包括基座、操作杆和束绳装置，所述操作杆和所述束绳装置均连接在所述基座上，所述基座滑动连接在所述滑杆上，所述束绳装置固定在所述钢丝绳上。

进一步的，所述第二旋转运动机构与所述机械手末端装置连接，所述第一旋转运动机构与所述第二旋转运动机构连接，以通过所述第二旋转运动机构带动所述机械手末端装置旋转，并通过所述第一旋转运动机构带动所述第二旋转运动机构和所述机械手末端装置整体进行旋转。

进一步的，所述第三直线运动机构与所述第一旋转运动机构连接，以通过所述第三直线运动机构带动所述机械手末端装置前后移动。

进一步的，所述第二直线运动机构与所述第三直线运动机构连接，所述第二直线运动机构和所述第三直线运动机构均沿水平方向且相互垂直设置，以通过所述第二直线运动机构带动所述机械手末端装置左右移动。

进一步的，所述第一直线运动机构与所述第二直线运动机构连接，以通过所述第一直线运动机构带动所述机械手末端装置上下移动。

进一步的，所述机械手末端装置上设置有第四直线运动机构和穿刺针，所述穿刺针与所述第四直线运动机构连接，以通过所述第四直线运动机构带动所述穿刺针沿所述第四直线运动机构的运动方向移动。

进一步的，所述第一直线运动机构、所述第二直线运动机构、所述第三直线运动机构以及所述第四直线运动机构为滚珠丝杠；所述第一直线运动机构的端部设置有第一驱动电机，所述第一驱动电机的输出轴与所述第一直线运动机构连接，所述第二直线运动机构的端部设置有第二驱动电机，所述第二驱动电机的输出轴与所述第二直线运动机构连接，所述第三直线运动机构的端部设置有第三驱动电机，所述第三驱动电机的输出轴与所述第三直线运动机构连接，所述第四直线运动机构的端部设置有第六驱动电机，所述第六驱动电机的输出轴与所述第四直线运动机构连接。

进一步的，所述第一旋转运动机构包括第一旋转轴和第四驱动电机，所述第一旋转轴沿水平方向设置，所述第四驱动电机的输出轴与所述第一旋转轴的一端连接，所述第二旋转运动机构与所述第一旋转轴的另一端连接；所述第二旋转运动机构包括第二旋转轴、第五驱动电机和旋转轴连接件，所述旋转轴连接件与所述第一旋转轴连接，所述第二旋转轴套设在所述旋转轴连接件的中部，所述第五驱动电机的输出轴与所述第二旋转轴的一端连接，机械手末端装置与所述第二旋转轴的另一端连接。

进一步的，所述固定架包括：顶板和底板；所述滑杆固定设于所述顶板和底板之间；所述顶板上固定所述滑动轮机构；所述底板上固定设有所述线缆张紧装置和反馈力施加模块；所述滑动轮机构、线缆张紧装置和反馈力施加模块均与所述钢丝绳连接，并构成闭环结构，以使当驱动所述基座沿着所述滑杆上下滑动时，所述反馈力施加模块对钢丝绳施加与所述基座滑动方向相反的力。

进一步的，所述操作机构包括：连接轴、连杆、第一旋转编码器和第二旋转编码器；所述操作杆的一端与所述连接轴固定，所述连接轴滑动连接在所述连杆一端，且所述连接轴的轴向不同于所述连杆的轴向，所述第一旋转编码器的测量杆与所述连接轴的一端连接，所述连杆滑动连接在所述基座上，且所述连杆穿过所述束绳装置，所述连杆上设有用于容纳所述钢丝绳穿过的通孔；所述第二旋转编码器的测量杆与所述连接轴远离所述连接轴的一端连接，以使所述第一旋转编码器测量所述连接轴沿轴向的旋转，以及所述第二旋转编码器测量所述连杆沿轴向的旋转。

在本申请实施例中，通过设置四个直线运动机构和两个旋转机构与机械手末端装置上的穿刺针连接，通过第二旋转机构可带动机械手末端装置旋转，并通过第一旋转机构可带动第二旋转机构和械手末端装置整体进行旋转，通过第三直线运动机构可带动机械手末端装置前后移动，通过第二直线运动机构可带动机械手末端装置左右移动，通过第一直线运动机构可带动机械手末端装置上下移动，通过第四直线运动机构带动机械手末端装置上的穿刺针沿第四直线运动机构的运动方向移动，使得机械手末端装置具有在三维空间内正交的三个平移自由度和两个旋转自由度，另外，安装在机械手末端装置上的穿刺针具有一个平移自由度，因此达到了穿刺针在三维空间内六自由度的设置，从而满足了机械手臂可运动到达三维空间的任意位置的要求，大大提高机械手臂运动的灵活性。另外，通过滑动轮机构、线缆张紧装置、反馈力施加模块、钢丝绳和操作机构之间构成闭环结构，以使力反馈操作台实时响应速度快且准确性高，通过操控可使穿刺针顺利到达指定位置，操控的便捷性和安全性大大提高，从而实现了对穿刺针安全操控的技术效果，进而解决了肺穿刺手术时辐射剂量较大、肺部小结节穿刺难度高的技术问题，从而提高了手术效率。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请一种实施例的力反馈操作台的结构示意图；

图2是根据本申请一种实施例的线缆张紧装置的结构示意图；

图3是根据本申请一种实施例的反馈力施加模块的结构示意图；

图4是根据本申请一种实施例的操作机构的立体结构示意图；

图5是根据本申请一种实施例的操作机构的剖面示意图；

图6是根据本申请一种力反馈操作台的立体结构示意图；

图7是根据本申请一种六自由度机械手臂的结构示意图；以及

图8是根据本申请一种实施例的机械手末端装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，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、系统、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。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1至图8所示，本申请涉及一种穿刺机器人，包括用于显示断层扫描装置的图像信息显示装置、六自由度机械手臂和控制所述六自由度机械手臂运动的力反馈操作台，所述六自由度机械手臂的控制信号接收端与所述力反馈操作台的控制信号输出端连接。

优选的，所述显示装置为显示屏，可以用于显示断层扫描装置传来的图像信息，具体的，所述断层扫描装置可以为外接的CT扫描设备，所述显示屏的图像信号接收端与所述CT扫描设备的图像信号输出端连接。

具体的，所述六自由度机械手臂包括机械手末端装置43、第一直线运动机构32、第二直线运动机构34、第三直线运动机构36、第一旋转运动机构37、第二旋转运动机构38和底座31，第一直线运动机构32、第二直线运动机构34和第三直线运动机构36用于带动机械手末端装置43在三维空间内做正交的直线运动(即X轴、Y轴和Z轴直线运动)，第一旋转运动机构37和第二旋转运动机构38用于带动机械手末端装置43做旋转运动，机械手末端装置43上设置有第四直线运动机构39和穿刺针41，穿刺针41与第四直线运动机构39连接，以通过第四直线运动机构39带动穿刺针41沿第四直线运动机构39的运动方向移动，完成穿刺针41的进针和退针动作。第二旋转运动机构38与机械手末端装置43连接，第一旋转运动机构37与第二旋转运动机构38连接，以通过第二旋转运动机构38带动机械手末端装置43旋转，并通过第一旋转运动机构37带动第二旋转运动机构38和机械手末端装置43整体进行旋转，第三直线运动机构36与第一旋转运动机构37连接，以通过第三直线运动机构36带动第一旋转运动机构37、第二旋转运动机构38和机械手末端装置43整体进行前后移动，第二直线运动机构34与第三直线运动机构36连接，第二直线运动机构34和第三直线运动机构36均沿水平方向且相互垂直设置，以通过第二直线运动机构34带动第三直线运动机构36、第一旋转运动机构37、第二旋转运动机构38和机械手末端装置43整体进行左右移动，第一直线运动机构32与第二直线运动机构34连接，以通过第一直线运动机构32带动第二直线运动机构34、第三直线运动机构36、第一旋转运动机构37、第二旋转运动机构38和机械手末端装置43整体进行上下移动，第一直线运动结构2固定在底座31上，底座31的底端开设有用于对底座31进行固定的多个螺纹孔，可通过螺纹孔对底座31进行固定安装。本申请中通过设置四个直线运动机构和两个旋转运动机构与机械手末端装置43连接，使得机械手末端装置43具有在三维空间内正交的三个平移自由度和两个旋转自由度，另外，安装在机械手末端装置43上的穿刺针41具有一个平移自由度，因此达到了穿刺针41在三维空间内六自由度的设置，满足了穿刺针41可运动到达三维空间的任意位置的要求，大大提高穿刺手术的灵活性。另外，四个直线运动机构和两个旋转运动机构均为独立的运动机构，保证穿刺针41的运动路径更加直观，通过操控可使穿刺针41顺利到达指定位置，操控的便捷性和安全性大大提高。

如图7所示，第一直线运动机构32为滚珠丝杠，第一直线运动机构32沿竖直方向固定在底座31的侧壁上，第一直线运动机构32的端部设置有第一驱动电机321，第一驱动电机321的输出轴与第一直线运动机构32连接，第一直线运动机构32上套设有第一丝杠螺母，第二直线运动机构34连接在第一丝杠螺母上，通过第一驱动电机321带动第一丝杠螺母在第一直线运动机构32的运动方向上进行上下移动。

如图7所示，第二直线运动机构34为滚珠丝杠，第二直线运动机构34沿水平方向设置，并且固定在沿水平方向设置的第一移动板33上，第一移动板33的一端与第一直线运动机构32上第一丝杠螺母连接，第二直线运动机构34的端部设置有第二驱动电机341，第二驱动电机341的输出轴与第二直线运动机构34连接，第二直线运动机构34上套设有第二丝杠螺母，第三直线运动机构36连接在第二丝杠螺母上，通过第二驱动电机341带动第二丝杠螺母在第二直线运动机构34的运动方向上进行左右移动。

如图7所示，第三直线运动机构36为滚珠丝杠，第三直线运动机构36沿水平方向设置，且第三直接运动机构36在水平方向上的设置方向与第二直线运动机构34在水平方向上的设置方向互相垂直。第三直线运动机构36固定在沿水平方向设置的第二移动板35的底部，第二移动板35的顶部通过第一连接件342与第二直线运动机构34上的第二丝杠螺母连接，第三直线运动机构36的端部设置有第三驱动电机，第三驱动电机的输出轴与第三直线运动机构36连接，第三直线运动机构36上套设有第三丝杠螺母361，第一旋转运动机构37连接在第三丝杠螺母361上，通过第三驱动电机带动第三丝杠螺母361在第三直线运动机构36的运动方向上进行前后移动。

如图7所示，第一旋转运动机构37包括第一旋转轴371和第四驱动电机372，第一旋转轴371沿水平方向设置，第一旋转轴371通过固定件可旋转的连接在第三丝杠螺母361上，第四驱动电机372的输出轴与第一旋转轴371的一端连接，第二旋转运动机构38与第一旋转轴371的另一端连接，通过第四驱动电机372带动第一旋转轴371转动，从而带动第二旋转运动机构38和机械手末端装置43以第一旋转轴371为轴进行旋转。

如图7所述，第二旋转运动机构38包括第二旋转轴、第五驱动电机381和旋转轴连接件382，旋转轴连接件382与第一旋转轴371连接，第二旋转轴套设在旋转轴连接件382的中部，第二旋转轴可在旋转轴连接件382上进行旋转，第五驱动电机381的输出轴与第二旋转轴的一端连接，机械手末端装置43与第二旋转轴的另一端连接，通过第五驱动电机381带动第二旋转轴转动，从而带动第机械手末端装置43在第二旋转轴上进行旋转。

如图7、图8所示，第四直线运动机构39为滚珠丝杠，第四直线运动机构39的端部设置有第六驱动电机391，第六驱动电机391的输出轴与第四直线运动机构39连接，第四直线运动机构39上套设有第四丝杠螺母392，穿刺针41连接在第四丝杠螺母392上，通过第六驱动电机391带动第四丝杠螺母392在第四直线运动机构39上进行移动，从而带动穿刺针41完成进针和退针动作。

如图8所示，机械手末端装置43包括穿刺针41和对穿刺针41进行固定的夹持机构40，夹持机构40的一端与第四直线运动机构39上的第四丝杠螺母392连接，穿刺针41可拆卸的安装在夹持机构40的另一端。

具体的，如图8所示，夹持机构40为圆柱形杆状结构，夹持机构40上开设有固定通孔，并在夹持机构40上拧有紧固螺钉42，拧紧紧固螺钉42过程中，紧固螺钉42会对从固定通孔中穿过的穿刺针41进行挤压，进而将穿刺针41固定在固定通孔中。

如图1至图6所示，所述力反馈操作台包括力反馈机构和操作机构2；

力反馈机构包括固定架7、线缆张紧装置1、滑杆3、钢丝绳4、滑动轮机构5和反馈力施加模块6；

固定架7包括：顶板71和底板72；滑杆3固定设于顶板71和底板72之间；顶板71上固定滑动轮机构5；底板72上固定设有线缆张紧装置1和反馈力施加模块6；

操作机构2包括基座21、操作杆22和束绳装置23，操作杆22和束绳装置23均连接在基座21上，基座21滑动连接在滑杆3上，束绳装置23固定在钢丝绳4上；

滑动轮机构5、线缆张紧装置1和反馈力施加模块6均与钢丝绳4连接，并构成闭环结构，以使当驱动基座21沿着滑杆3上下滑动时，反馈力施加模块6对钢丝绳4施加与基座21滑动方向相反的力。

其中，当操作者通过操作操作机构2包括的操作杆22，以使基座21着滑杆3上下滑动时，由于束绳装置23与钢丝绳4固定连接，因此钢丝绳4也随着基座21的滑动而运动；具体使用时，操作者操作操作机构2是为了实现对目标操作物体的间接控制，因此，当操作者操作操作机构2移动的时候，目标操作物体也随之移动，例如，本力反馈操作台用于操作肺穿刺机器人时，该目标操作物即可以为肺穿刺机器人用于进行穿刺作业的针体；当目标操作物体为针体时，且针体插入皮肤等人体器官后，包含有本力反馈操作台的系统可以检测到该针体插入的信号，在经过单片机等处理设备的处理计算后，给出反馈力施加模块6相应的反馈力，即能够实现提供用户相应的反馈力的目的，使操作者能感受到真实的反馈力。

在本实施例中，滑动轮机构5、线缆张紧装置1、反馈力施加模块6、钢丝绳4和操作机构2之间构成闭环结构，实现了本力反馈操作台实时响应速度快且准确性高的目的，且基座21在滑杆3上下滑动时，钢丝绳4可以始终实现对基座21的力反馈功能，进而实现了本力反馈操作台可以实现较大运动范围的目的。

其中，滑动轮机构5与钢丝绳4之间的活动连接主要用于使钢丝绳4在从反馈力施加模块6到操作机构2之间的过渡能够更加平顺；可选地，线缆张紧装置1、操作机构2和滑动轮机构5之间的位置适配，以使位于线缆张紧装置1和滑动轮机构5之间的钢丝绳4与滑杆3平行设置。

可选地，顶板71和底板72可以是矩形或类矩形形状，且固定架7可以通过滑杆3及其他支撑件支撑起整体框架，且一般来说，为了使固定架7达到良好的稳固性，滑杆3与其他支撑件的总数至少需要3根。

如图5所示，可选地，基座21上设有凹槽，束绳装置23设有对应凹槽的凸起，以使束绳装置23包括的凸起将钢丝绳4的部分压合在对应的凹槽中，以固定束绳装置23和钢丝绳4的相对位置。

其中，该束绳装置23可以具体为一个设置有凸起的束绳板，该束绳板相应设置在基座21上，以使束绳板设置的凸起将钢丝绳4的部分压合在基座21对应的凹槽中，以固定基座21、束绳板和钢丝绳4之间的相对位置。这样，可以保证在基座21沿滑杆3滑动时，钢丝绳4与基座21一同运动。

如图4至图5所示，可选地，操作机构2包括：连接轴24、连杆25、第一旋转编码器26和第二旋转编码器27；

操作杆22的一端与连接轴24固定，连接轴24滑动连接在连杆25一端，且连接轴24的轴向不同于连杆25的轴向，第一旋转编码器26的测量杆与连接轴24的一端连接，连杆25滑动连接在基座21上，且连杆25穿过束绳装置23，连杆25上设有用于容纳钢丝绳4穿过的通孔；

第二旋转编码器27的测量杆与连接轴24远离连接轴24的一端连接，以使第一旋转编码器26测量连接轴24沿轴向的旋转，以及第二旋转编码器27测量连杆25沿轴向的旋转。

在本实施例中，本操作机构2通过连接轴24滑动连接在连杆25一端，且连接轴24的轴向不同于连杆25的轴向，操作杆22的一端与连接轴24固定，从而实现操作杆22在连接轴24和连杆25上环绕方向上两个自由度的操作，再通过通过第一旋转编码器26测量连接轴24沿轴向的旋转，第二旋转编码器27测量连杆25沿轴向的旋转，从而实现通过第一旋转编码器26和第二旋转编码器27的测量数据改变目标操作物(例如，肺穿刺机器人用于进行穿刺作业的针体)的运动状态。

可选地，连接轴24的轴向垂直于连杆25的轴向。

其中，连接轴24的轴向垂直于连杆25的轴向从而实现第一旋转编码器26和第二旋转编码器27可以分别感应操作杆22在两个垂直方向上的旋转。

如图4至图6所示，可选地，该操作机构2还包括固定罩28和第一轴承；

固定罩28与连杆25靠近操作杆22的一端固定，第一轴承和第一旋转编码器26均固定在固定罩28中，第一轴承套装在连接轴24上。

其中，通过固定罩28将第一旋转编码器26固定在连杆25上，并通过固定在固定罩28中的第一轴承为连接轴24提供滑动连接安装位置，以使连接轴24滑动连接在连杆25的一端。另外，固定罩28还可以实现分离设置在操作杆22的两侧，一侧的固定罩28用于固定第一旋转编码器26，另一侧用于为第一轴承提供安装位置。

如图4和图5所示，可选地，操作机构2还包括直线轴承29；

直线轴承29固定在基座21上，且直线轴承29套装在滑杆3上，以使直线轴承29沿滑杆3滑动，以带动基座21沿着滑杆3上下滑动。

在本实施例中，连杆25滑动连接在基座21上，即连杆25可以实现在基座21上活动，以实现操作杆22驱使连杆25环绕连杆25轴向旋转，且第二旋转编码器27和直线轴承29均固定在基座21上，滑杆3套接在直线轴承29上，以使直线轴承29沿滑杆3滑动，这样，可以通过操作杆22提升或降低基座21相对滑杆3上的位置。这样，本操作机构2实现了一个方向的平动与两个方向的转动，即三个自由度的运动，其可以实现对长距离移动如穿刺机器人等驱动机构的控制，两个方向的转动用以实现对穿刺机器人的姿态调整，一个方向的平动可以实现移动穿刺机器人用于进行穿刺作业的针体的长距离运动。

如图5所示，可选地，该操作机构2还包括转接杆201和第二轴承202；

转接杆201套装在第二轴承202中，第二轴承202固定在基座21上，转接杆201的一端与连杆25的远离连接轴24的一端固定，转接杆201的另一端与第一旋转编码器26的测量杆连接；

转接杆201上设有用于容纳钢丝绳4穿过的通孔。

其中，通过转接杆201实现连杆25与第二旋转编码器27的测量杆的连接，且通过转接杆201套装在第二轴承202，第二轴承202固定在基座21上，从而实现连杆25与基座21的滑动连接，钢丝绳4可以穿过转接杆201上通孔。

如图1所示，可选地，固定架7还包括：两根支撑杆73；滑杆3设有两根，支撑杆73及滑杆3分别设于固定架7的同一侧；滑动结构23上设有与滑杆3位置适配的两个滑孔。

具体的，如图1所示，固定架7的前方左右分别设置有一根滑杆3，后方左右分别设有一根支撑杆73，优选的，支撑杆73与滑杆3均垂直于顶板71和底板72；并且，适配的，滑动结构23的左右两侧也分别设有一个滑孔。因而能够保证固定架7的整体结构稳固性，同时可以使滑动结构23能够在滑杆3上平滑地上下移动，且当顶板71和底板72水平设置时，其始终都可以保持水平状态。

如图2所示，可选地，线缆张紧装置1包括:带滑动槽的固定座11、滚动轮12以及紧定螺钉13；滚动轮12与钢丝绳4滑动连接；

滚动轮12轴向设有一螺栓，并穿过滑动槽后通过螺帽固定在固定座11上；紧定螺钉13的螺钉部穿过固定座11上方进入滑动槽后，螺钉部底端与螺栓活动连接，用于通过紧定螺钉13控制滚动轮12在槽内的下移，从而带动钢丝绳4的张紧。

具体的，紧定螺钉13的螺钉部与螺栓之间可以是可活动的卡槽连接，只需保证在紧定螺钉13旋转时候不会与螺栓分离即可；当紧定螺钉13与固定座11之间为螺纹连接，当旋转紧定螺钉13时，紧定螺钉13的螺钉部就会在滑动槽中上下移动，进而带动螺栓及滚动轮12的垂直高度，进而达到改变滑动轮机构5至线缆张紧装置1之间以及反馈力施加模块6至线缆张紧装置1之间的钢丝绳4长度的目的，进而能够带动钢丝绳4的张紧。

如图1及图3所示，可选地，反馈力施加模块6包括：驱动电机61和钢丝绕线轴62，钢丝绕线轴62上绕有钢丝绳4；驱动电机61与钢丝绕线轴62驱动连接，用于根据操作机构2的作用力驱动钢丝绕线轴62产生相应的反馈力。

具体的，钢丝绕线轴62采用双向绕线设置，通过驱动电机61与钢丝绕线轴62驱动连接的结构，便能使钢丝绕线轴62实现一个方向收绳，另一个方向放绳的目的，通过对钢丝绳4的拉扯，进而达到向操作机构2施以反馈力的目的。该装置具有结构简单，易于实现的特点，组件较少，能有效减少减少故障率，保障系统的可靠稳定的运行。

如图3所示，可选地，反馈力施加模块6还包括：第一支架63、第二支架64、第一传动齿轮65和第二传动齿轮66；第一支架63和第二支架64相对设置，第一支架63下方和第二支架64之间设有钢丝绕线轴62，第一支架63下方外侧设有与钢丝绕线轴62轴连的第一传动齿轮65；第一支架63上方两侧分别设有相互驱动连接的驱动电机61和第二传动齿轮66；第一传动齿轮65和第二传动齿轮66相互咬合连接。

具体的，第一支架63上方及下方分别适配设有用于实现驱动电机61和第二传动齿轮66相互轴连，以及钢丝绕线轴62与第一传动齿轮65轴连的圆孔；且第二支架64与钢丝绕线轴62连接处也设有适配的旋转连接机构，以减少对钢丝绕线轴62的磨损。该装置具有结构简单，易于实现的特点，组件较少，能有效减少减少故障率，保障系统的可靠稳定的运行。

如图1所示，可选地，滑动轮机构5包括：第一滑动轮组件51和第二滑动轮组件52；

第一滑动轮组件51和第二滑动轮组件52分别与操作机构2和反馈力施加模块6适配设置，用于过渡连接操作机构2和反馈力施加模块6之间的钢丝绳4。

具体的，第一滑动轮组件51与操作机构2之间位置关系满足其两者之间的钢丝绳4为垂直设置，且第二滑动轮组件52和反馈力施加模块6之间位置关系也满足其两者之间的钢丝绳4为垂直设置；当钢丝绳4需要穿过顶板71时，顶板71上设有适配的孔。因而能够使钢丝绳4能够垂直运动，保证第一滑动轮组件51和第二滑动轮组件52的受力能够与其固定位置适配，能有效增强装置的稳定性，以及耐用性。

如图1所示，可选地，滑动轮机构5还包括：张紧轮组件53；张紧轮组件53设于第一滑动轮组件51和第二滑动轮组件52之间。由于钢丝绳4随着使用程度的加深，其长度可能会随着变长，通过设置该张紧轮组件53，可以在装置的上部调节整体的钢丝绳4的松紧程度，而不需对钢丝绳4进行裁剪；因而具有操作方便的优点。

如图1所示，可选地，张紧轮组件53包括：第一张紧轮支架531、第一张紧轮支架532、调节支架533和张紧滑轮534；第一张紧轮支架531、第一张紧轮支架532相对设于顶板71上；

调节支架533可调节设于第一张紧轮支架531和第一张紧轮支架532之间；调节支架533下方设有张紧滑轮534；

钢丝绳4从操作机构2走出后依次通过第一滑动轮组件51的滑轮上方，张紧滑轮534的下方和第二滑动轮组件52的滑轮上方进入反馈力施加模块6。

也就是说，钢丝绳4在滑动轮机构5内的形状为直线状或M形，当不需进行调整松紧的时候即为直线状，由于第一滑动轮组件51和第二滑动轮组件52之间的直线长度为恒定值，当为M形的时候，基于三角形两边之和大于第三边的原理，第一滑动轮组件51和第二滑动轮组件52之间的线条的总长度变长，因此达到了张紧整个装置中的钢丝绳4的目的。本实施例中的结构巧妙，能够有效调整松紧程度，且结构简单易于实现，能够有效减少装置的零部件数量，降低整体故障率，更易于制造使用以及延长使用寿命。

如图6所示，可选地，本力反馈操作台还包括外壳8，外壳8上设有急停按钮81和状态指示灯82，其中，急停按钮81的作用是实现在紧急状态下的电源切断，状态指示灯82的作用是对本力反馈操作台的运行状态的进行提示；

力反馈机构均设置在外壳8内部，操作机构2包括的操作杆22和固定罩28均位于外壳8外部，外壳8上设有作为操作轨道的开槽83，操作机构2包括的连杆25一端穿过所述外壳8的开槽83分别与操作杆22、固定罩28连接，连杆25的另一端位于外壳8内部。

所述力反馈操作台工作原理如下：

当应用在肺穿刺机器人中，且操作者通过操作操作机构2的时候，操作机构2能够沿着滑杆3上下滑动；随着线缆张紧装置1、操作机构2、滑动轮机构5和反馈力施加模块6的传动，钢丝绳4也随着操作机构2的滑动而运动；本力反馈操作台可以应用在肺穿刺机器人中，其中，目标操作物可以是针体；当针体插入肺部后，包含有本力反馈操作台的系统可以通过安装在针体上的力检测传感器等装置检测到相应针插入的力的大小信号，在经过单片机等处理设备的处理计算后，给出反馈力施加模块6中的驱动电机61需要进行旋转的输出角度，进而驱动钢丝绕线轴62运动，通过对钢丝绳4的收放实现对针插入的力相应的反馈力，即能够实现提供用户相应的反馈力的目的，使用户能感受到真实的反馈力。

从以上的描述中，可以看出，本申请实现了如下技术效果：

在本申请实施例中，通过设置四个直线运动机构和两个旋转机构与机械手末端装置上的穿刺针连接，通过第二旋转机构可带动机械手末端装置旋转，并通过第一旋转机构可带动第二旋转机构和械手末端装置整体进行旋转，通过第三直线运动机构可带动机械手末端装置前后移动，通过第二直线运动机构可带动机械手末端装置左右移动，通过第一直线运动机构可带动机械手末端装置上下移动，通过第四直线运动机构带动机械手末端装置上的穿刺针沿第四直线运动机构的运动方向移动，使得机械手末端装置具有在三维空间内正交的三个平移自由度和两个旋转自由度，另外，安装在机械手末端装置上的穿刺针具有一个平移自由度，因此达到了穿刺针在三维空间内六自由度的设置，从而满足了机械手臂可运动到达三维空间的任意位置的要求，大大提高机械手臂运动的灵活性。另外，通过滑动轮机构、线缆张紧装置、反馈力施加模块、钢丝绳和操作机构之间构成闭环结构，以使力反馈操作台实时响应速度快且准确性高，通过操控可使穿刺针顺利到达指定位置，操控的便捷性和安全性大大提高，从而实现了对穿刺针安全操控的技术效果，进而解决了肺穿刺手术时辐射剂量较大、肺部小结节穿刺难度高的技术问题，从而提高了手术效率。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种穿刺机器人，其特征在于，包括：用于显示断层扫描装置的图像信息显示装置、六自由度机械手臂和控制所述六自由度机械手臂运动的力反馈操作台，所述六自由度机械手臂的控制信号接收端与所述力反馈操作台的控制信号输出端连接；

所述六自由度机械手臂包括机械手末端装置、可带动所述机械手末端装置做直线运动的第一直线运动机构、第二直线运动机构和第三直线运动机构，以及带动所述机械手末端装置做旋转运动的第一旋转运动机构和第二旋转运动机构；

所述力反馈操作台包括力反馈机构和操作机构，所述力反馈机构还包括固定架、线缆张紧装置、滑杆、钢丝绳、滑动轮机构和反馈力施加模块，所述操作机构包括基座、操作杆和束绳装置，所述操作杆和所述束绳装置均连接在所述基座上，所述基座滑动连接在所述滑杆上，所述束绳装置固定在所述钢丝绳上；

所述第一旋转运动机构包括第一旋转轴和第四驱动电机，所述第一旋转轴沿水平方向设置，所述第四驱动电机的输出轴与所述第一旋转轴的一端连接，所述第二旋转运动机构与所述第一旋转轴的另一端连接；

所述第二旋转运动机构包括第二旋转轴、第五驱动电机和旋转轴连接件，所述旋转轴连接件与所述第一旋转轴连接，所述第二旋转轴套设在所述旋转轴连接件的中部，所述第五驱动电机的输出轴与所述第二旋转轴的一端连接，机械手末端装置与所述第二旋转轴的另一端连接；

所述固定架包括：顶板和底板；所述滑杆固定设于所述顶板和底板之间；所述顶板上固定所述滑动轮机构；所述底板上固定设有所述线缆张紧装置和反馈力施加模块；

所述滑动轮机构、线缆张紧装置和反馈力施加模块均与所述钢丝绳连接，并构成闭环结构，以使当驱动所述基座沿着所述滑杆上下滑动时，所述反馈力施加模块对钢丝绳施加与所述基座滑动方向相反的力。

2.根据权利要求1所述的穿刺机器人，其特征在于，所述第二旋转运动机构与所述机械手末端装置连接，所述第一旋转运动机构与所述第二旋转运动机构连接，以通过所述第二旋转运动机构带动所述机械手末端装置旋转，并通过所述第一旋转运动机构带动所述第二旋转运动机构和所述机械手末端装置整体进行旋转。

3.根据权利要求1所述的穿刺机器人，其特征在于，所述第三直线运动机构与所述第一旋转运动机构连接，以通过所述第三直线运动机构带动所述机械手末端装置前后移动。

4.根据权利要求1所述的穿刺机器人，其特征在于，所述第二直线运动机构与所述第三直线运动机构连接，所述第二直线运动机构和所述第三直线运动机构均沿水平方向且相互垂直设置，以通过所述第二直线运动机构带动所述机械手末端装置左右移动。

5.根据权利要求1所述的穿刺机器人，其特征在于，所述第一直线运动机构与所述第二直线运动机构连接，以通过所述第一直线运动机构带动所述机械手末端装置上下移动。

6.根据权利要求1所述的穿刺机器人，其特征在于，所述机械手末端装置上设置有第四直线运动机构和穿刺针，所述穿刺针与所述第四直线运动机构连接，以通过所述第四直线运动机构带动所述穿刺针沿所述第四直线运动机构的运动方向移动。

7.根据权利要求6所述的穿刺机器人，其特征在于，所述第一直线运动机构、所述第二直线运动机构、所述第三直线运动机构以及所述第四直线运动机构为滚珠丝杠；

所述第一直线运动机构的端部设置有第一驱动电机，所述第一驱动电机的输出轴与所述第一直线运动机构连接，所述第二直线运动机构的端部设置有第二驱动电机，所述第二驱动电机的输出轴与所述第二直线运动机构连接，所述第三直线运动机构的端部设置有第三驱动电机，所述第三驱动电机的输出轴与所述第三直线运动机构连接，所述第四直线运动机构的端部设置有第六驱动电机，所述第六驱动电机的输出轴与所述第四直线运动机构连接。

8.根据权利要求1所述的穿刺机器人，其特征在于，所述操作机构包括：连接轴、连杆、第一旋转编码器和第二旋转编码器；

所述操作杆的一端与所述连接轴固定，所述连接轴滑动连接在所述连杆一端，且所述连接轴的轴向不同于所述连杆的轴向，所述第一旋转编码器的测量杆与所述连接轴的一端连接，所述连杆滑动连接在所述基座上，且所述连杆穿过所述束绳装置，所述连杆上设有用于容纳所述钢丝绳穿过的通孔；

所述第二旋转编码器的测量杆与所述连接轴远离所述连接轴的一端连接，以使所述第一旋转编码器测量所述连接轴沿轴向的旋转，以及所述第二旋转编码器测量所述连杆沿轴向的旋转。