CN109620411A - 用于微创手术穿刺机器人的进针机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于微创手术穿刺机器人的进针机构，包括盒体、沿长度方向设置于所述盒体内的直线导轨、设置在所述直线导轨上的进针滑块、内端设置在所述进针滑块上且外端沿长度方向穿出所述盒体的穿刺针、用于驱动所述进针滑块在所述直线导轨上滑动的驱动组件及设置在所述盒体内的弹针组件。本发明的用于微创手术穿刺机器人的进针机构，通过设置弹针组件，能实现穿刺针的快速进针，能减轻人体的疼痛感；而后再通过驱动组件实现平稳慢速的进针，直到病灶点；本发明通过设置缓冲槽和顶块能减小顶块与限位块之间的刚性冲击力，保护顶块与限位块。本发明结构简单，传动效率高，操作方便，具有很好的应用前景。

Description

用于微创手术穿刺机器人的进针机构

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，特别涉及一种用于微创手术穿刺机器人的进针机构。

背景技术

微创手术是利用细长的杆状手术工具通过人体表面的微小切口探入体内进行手术操作的。与传统的开口手术相比，它可以减少手术切口及手术疤痕、缩短恢复时间、减少出血量及并发症等；可以看出，微创手术具有开口手术所无法比拟的优越性，因此受到了广大患者和医生的青睐，目前微创技术已经在多个临床领域中得到应用。

但目前的微创手术基本上是由经验丰富的医师来完成，但现实情况是，经验丰富的医师有限，穿刺手术过程持续时间较长，医师的精力有限，从而限制了微创手术的推广。由于微创手术所具有的优点，及其在操作上存在的这些困难，也使得医生期望获得辅助设备以方便实施并能够在更多领域中开展这类手术。将机器人技术与传统的微创技术相结合的穿刺针机器人被普遍认为是一种有效地解决传统微创技术缺点的方法。穿刺针机器人一般包括机器人手臂、设置在机器人手臂末端的RCM机构及设置在RCM机构上的穿刺针机构。机器人手臂可自由移动，用于实现穿刺点的定位，RCM机构则用于对穿刺针的穿刺姿态(穿刺角度)进行调节，穿刺针机构用于最终实现穿刺进行，使穿刺针达到病灶点。但现有的穿刺针机构存在结构复杂、进针模式单一(缺乏快速进针模式，病人穿刺疼痛感强烈)、不方便控制等问题，难以满足穿刺针机器人的应用需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于微创手术穿刺机器人的进针机构。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于微创手术穿刺机器人的进针机构，包括盒体、沿长度方向设置于所述盒体内的直线导轨、设置在所述直线导轨上的进针滑块、内端设置在所述进针滑块上且外端沿长度方向穿出所述盒体的穿刺针、用于驱动所述进针滑块在所述直线导轨上滑动的驱动组件及设置在所述盒体内的弹针组件；

所述进针滑块包括滑动设置在所述直线导轨上的下滑块、开设在所述下滑块的上表面上的滑槽、滑动设置在所述滑槽内的上滑块及固接在所述上滑块上的穿刺针固定座，所述穿刺针的内端设置在所述穿刺针固定座上。

优选的是，所述穿刺针固定座侧部设置有挡板，所述弹针组件包括设置在所述进针滑块侧部的电磁铁及设置在所述电磁铁上的电磁铁导杆，所述电磁铁导杆垂直设置于所述挡板的侧部，用于推动所述上滑块在所述滑槽内滑动。

优选的是，所述滑槽的两端均设置有用于对所述上滑块进行限位的限位块。

优选的是，所述限位块与所述上滑块接触的内表面上开设有缓冲槽，所述缓冲槽的侧壁上设置有弧形弹片。

优选的是，所述上滑块的沿运动方向的两端均设置有用于配合插入所述缓冲槽内的顶块。

优选的是，所述滑槽为T形槽，所述上滑块为T形滑块。

优选的是，所述盒体上设置有供所述穿刺针穿出的穿刺针导向座。

优选的是，所述驱动组件包括电机、与所述电机的输出轴驱动连接的蜗轮蜗杆箱、与所述蜗轮蜗杆箱的输出轴驱动连接的主动轮、沿所述盒体的长度方向设置在所述主动轮对侧的从动轮及设置在所述主动轮和从动轮之间的同步带，所述下滑块通过压紧件与所述同步带连接。

优选的是，所述同步带的侧部还设置有导向轮。

优选的是，所述顶块的外表面和缓冲槽的内表面均设置有保护涂层，所述保护涂层通过喷涂保护涂料后，再经干燥制得；

所述保护涂层包括以下重量份的原料：

本发明的有益效果是：本发明的用于微创手术穿刺机器人的进针机构，通过设置弹针组件，能实现穿刺针的快速进针，能减轻人体的疼痛感；而后再通过驱动组件实现平稳慢速的进针，直到病灶点；本发明通过设置缓冲槽和顶块能减小顶块与限位块之间的刚性冲击力，保护顶块与限位块；本发明通过在顶块的外表面和缓存槽的内表面设置保护涂层，能减小两者接触面之间的摩擦力，还能增强两者的强度，延长顶块和限位块的使用寿命。本发明结构简单，传动效率高，操作方便，具有很好的应用前景。

附图说明

图1为本发明的用于微创手术穿刺机器人的进针机构的结构示意图；

图2为本发明的用于微创手术穿刺机器人的进针机构与RCM机构配合安装的结构示意图；

图3为本发明的进针滑块的结构示意图；

图4为本发明的限位块的剖视结构示意图；

图5为本发明的上滑块的俯视方向的结构示意图；

图6为本发明的压紧件的结构示意图。

附图标记说明：

1—盒体；2—直线导轨；3—进针滑块；4—穿刺针；5—驱动组件；6—弹针组件；10—穿刺针导向座；11—转动副组件；30—下滑块；31—滑槽；32—上滑块；33—穿刺针固定座；34—挡板；35—限位块；36—缓冲槽；37—弧形弹片；38—顶块；50—电机；51—蜗轮蜗杆箱；52—主动轮；53—从动轮；54—同步带；55—压紧件；56—导向轮；60—电磁铁；61—电磁铁导杆61；100—用于微创手术穿刺机器人的进针机构；200—RCM机构。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

本发明用于设置在微创手术穿刺机器人的RCM机构200上，进行穿刺进针。如果机构的某一部分或某一点在运动过程中始终通过远离机构本身的一个固定点(或被约束在一个非常小的空间内)，并且该点无物理铰链约束，那么这类机构就可以称为“远端虚拟支点机构”(Remote Center of Motion，RCM机构)。这类机构的特点恰好与微创手术的操作特征相吻合，它在微创手术机器人中获得巨大成功。RCM机构利用结构自身的约束实现的微创手术机器人未引入冗余的自由度，而是依靠特殊设计的机构使机器人的一部分在运动过程中始终通过空间的固定点。如图2，RCM机构200用于调节和控制进针角度，本发明的进针机构安装在RCM机构200上，RCM机构200完成姿态调整后，由本发明的进针机构进行穿刺进针，到达病灶点。

如图1-6所示，本实施例的一种用于微创手术穿刺机器人的进针机构，包括盒体1、沿长度方向设置于盒体1内的直线导轨2、设置在直线导轨2上的进针滑块3、内端设置在进针滑块3上且外端沿长度方向穿出盒体1的穿刺针4、用于驱动进针滑块3在直线导轨2上滑动的驱动组件5及设置在盒体1内的弹针组件6；

进针滑块3包括滑动设置在直线导轨2上的下滑块30、开设在下滑块30的上表面上的滑槽31、滑动设置在滑槽31内的上滑块32及固接在上滑块32上的穿刺针固定座33，穿刺针4的内端设置在穿刺针固定座33上。盒体1另一端设置有供穿刺针4穿出的穿刺针导向座10。

其中，穿刺针固定座33侧部设置有挡板34，弹针组件6包括设置在进针滑块3侧部的电磁铁60及设置在电磁铁60上的电磁铁60导杆61，电磁铁60导杆61垂直设置于挡板34的侧部，用于推动上滑块32在滑槽31内滑动。滑槽31的左右两端均设置有用于对上滑块32进行限位的限位块35。

其中，驱动组件5包括电机50、与电机50的输出轴驱动连接的蜗轮蜗杆箱51、与蜗轮蜗杆箱51的输出轴驱动连接的主动轮52、沿盒体1的长度方向设置在主动轮52对侧的从动轮53及设置在主动轮52和从动轮53之间的同步带54，下滑块30通过压紧件55与同步带54连接。同步带54的侧部还设置有导向轮56。

穿刺针4进针分为两步，穿刺针4进针初期采用弹针组件6进行快速进针，使穿刺针4迅速刺穿皮肤，减轻人体的疼痛感；而后再平稳慢速的进针，直到病灶点。具体的，参照图1，进针初期，电磁铁60通电动作，电磁铁60上的电磁铁60导杆61向左弹出，敲击穿刺针固定座33侧部的挡板34，穿刺针固定座33连同上滑块32一起在滑槽31内向左滑动，使穿刺针4穿出盒体1外的左端快速向左运动，实现快速进针。滑槽31左侧的限位块35对上滑块32向左运动的极限位置限位。之后，电机50工作带动主动轮52转动，通过同步带54带动下滑块30向左运动，在滑槽31右侧的限位块35的限位作用下，上滑块32与右侧的限位块35贴近后跟随下滑块30一起向左运动，使穿刺针4平稳慢速向右运动，慢速进针，直至病灶点。穿刺完成后，由同步带54带动下滑块30向右运动，实现穿刺针4复位

在一种实施例中，限位块35与上滑块32接触的内表面上开设有缓冲槽36，缓冲槽36的侧壁上设置有弧形弹片37。上滑块32的沿运动方向的两端均设置有用于配合插入缓冲槽36内的顶块38。

其中，缓冲槽36用于对电磁铁60上的电磁铁60导杆61的敲击力进行缓冲，以保护进针滑块3。具体的，电磁铁60导杆61向左敲击挡板34时，上滑块32快速向左运动，上滑块32左端的顶块38插入缓冲槽36，并突破缓冲槽36侧壁的弧形弹片37，到达缓冲槽36最左端后停止。弧形弹片37对顶块38具有柔性的缓冲作用，能减小顶块38与限位块35之间的刚性冲击力，保护顶块38与限位块35被损坏；另一方面，顶块38到达缓冲槽36最左端后被弧形弹片37夹住，能减小顶块38向右的回弹位移，保证快速穿刺的效果。顶块38从缓冲槽36中脱离时，通过同步带54的作用实现。

在一种实施例中，滑槽31为T形槽，截面为T形，上滑块32为T形滑块，两者相互配合。

在一种实施例中，盒体1底部设置有转动副组件11，本发明的进针机构通过转动副组件11与RCM机构200实现可转动连接。

在一种实施例中，顶块38的外表面和缓冲槽36的内表面均设置有保护涂层，顶块38的外表面和缓冲槽36之间产生频繁的相互运动和冲击，保护涂层一方面能减小两者接触面之间的摩擦力，另一方面也能增强两者的强度，延长顶块38和限位块35的使用寿命。

保护涂层通过喷涂保护涂料后，再经干燥制得；保护涂层包括以下重量份的原料：

其中，乳液为水性聚氨酯乳液、季戊四醇、聚醚硅氧烷共聚物乳液中的一种。

其中，聚烯烃弹性体具有很高的抗冲击性能；聚脲能有效提高耐磨性能；聚四氟乙烯能增强材料的光滑度和抗冲击性能。聚烯烃弹性体、聚脲、聚四氟乙烯复配使用能起到协调增强效果，显著提高制得的涂层的耐磨耐候性能和表面强度。

其中，玻璃微珠既能增强材料的润滑性、增强涂层表面的光滑度，又能增强材料的机械强度、提高涂层的耐磨性能；酸酰胺能进一步提高材料的耐磨性能；纳米氧化铝粉能显著提高材料的机械强度，增强涂层的刚度；纳米碳化硅粉具有极好的力学和化学性能，纳米碳化硅粉的添加提高材料的硬度和耐磨性。玻璃微珠、酸酰胺、纳米氧化铝粉、纳米碳化硅粉复配使用能起到协调增强效果，显著提高制得的涂层的的强度、表面光滑度和耐磨性能。

以下给出本发明的保护涂层的制备方法，其包括以下步骤：

1)将乳液、聚烯烃弹性体、聚脲、聚四氟乙烯和溶剂加入到搅拌机中混合搅拌均匀，控制转速为500-1200rpm，控制温度为至70-120℃，搅拌2-5h；

3)再依次加入玻璃微珠、酸酰胺、纳米氧化铝粉、纳米碳化硅粉和偶联剂，搅拌1-3h；

4)加入固化剂，继续搅拌30-90min，得到保护涂料。

将制得的保护涂料喷涂在顶块38的外表面和缓存槽的内表面上，再经干燥后得到保护涂层。

以下在给出一种保护涂层的具体实施例，以做进一步说明。

保护涂层通过喷涂保护涂料后，再经干燥制得；保护涂层包括以下重量份的原料：

该保护涂层的制备方法包括以下步骤：

1)将乳液、聚烯烃弹性体、聚脲、聚四氟乙烯和溶剂加入到搅拌机中混合搅拌均匀，控制转速为500-1200rpm，控制温度为至70-120℃，搅拌2-5h；

3)再依次加入玻璃微珠、酸酰胺、纳米氧化铝粉、纳米碳化硅粉和偶联剂，搅拌1-3h；

4)加入固化剂，继续搅拌30-90min，得到保护涂料。

将制得的保护涂料喷涂在顶块38的外表面和缓存槽的内表面上，再经干燥后得到保护涂层。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (10)

1.一种用于微创手术穿刺机器人的进针机构，其特征在于，包括盒体、沿长度方向设置于所述盒体内的直线导轨、设置在所述直线导轨上的进针滑块、内端设置在所述进针滑块上且外端沿长度方向穿出所述盒体的穿刺针、用于驱动所述进针滑块在所述直线导轨上滑动的驱动组件及设置在所述盒体内的弹针组件；

所述进针滑块包括滑动设置在所述直线导轨上的下滑块、开设在所述下滑块的上表面上的滑槽、滑动设置在所述滑槽内的上滑块及固接在所述上滑块上的穿刺针固定座，所述穿刺针的内端设置在所述穿刺针固定座上。

2.根据权利要求1所述的用于微创手术穿刺机器人的进针机构，其特征在于，所述穿刺针固定座侧部设置有挡板，所述弹针组件包括设置在所述进针滑块侧部的电磁铁及设置在所述电磁铁上的电磁铁导杆，所述电磁铁导杆垂直设置于所述挡板的侧部，用于推动所述上滑块在所述滑槽内滑动。

3.根据权利要求2所述的用于微创手术穿刺机器人的进针机构，其特征在于，所述滑槽的两端均设置有用于对所述上滑块进行限位的限位块。

4.根据权利要求3所述的用于微创手术穿刺机器人的进针机构，其特征在于，所述限位块与所述上滑块接触的内表面上开设有缓冲槽，所述缓冲槽的侧壁上设置有弧形弹片。

5.根据权利要求4所述的用于微创手术穿刺机器人的进针机构，其特征在于，所述上滑块的沿运动方向的两端均设置有用于配合插入所述缓冲槽内的顶块。

6.根据权利要求1所述的用于微创手术穿刺机器人的进针机构，其特征在于，所述滑槽为T形槽，所述上滑块为T形滑块。

7.根据权利要求1所述的用于微创手术穿刺机器人的进针机构，其特征在于，所述盒体上设置有供所述穿刺针穿出的穿刺针导向座。

8.根据权利要求1所述的用于微创手术穿刺机器人的进针机构，其特征在于，所述驱动组件包括电机、与所述电机的输出轴驱动连接的蜗轮蜗杆箱、与所述蜗轮蜗杆箱的输出轴驱动连接的主动轮、沿所述盒体的长度方向设置在所述主动轮对侧的从动轮及设置在所述主动轮和从动轮之间的同步带，所述下滑块通过压紧件与所述同步带连接。

9.根据权利要求8所述的用于微创手术穿刺机器人的进针机构，其特征在于，所述同步带的侧部还设置有导向轮。

10.根据权利要求5所述的用于微创手术穿刺机器人的进针机构，其特征在于，所述顶块的外表面和缓冲槽的内表面均设置有保护涂层，所述保护涂层通过喷涂保护涂料后，再经干燥制得；

所述保护涂层包括以下重量份的原料：