CN110623714A - 一种定点穿刺装置及使用该装置的机器人 - Google Patents

Abstract

本发明专利公开了一种定点穿刺装置及使用该装置的机器人，涉及医疗机器人领域。主要包括定点穿刺装置、SCARA型机械臂、驱动电机、底座。所述SCARA型机械臂可以满足医疗机器人定位精度高和工作范围大的要求，所述定点穿刺装置可以实现穿刺针的定点变角度运动，所述定点穿刺装置及SCARA型机械臂可以实现穿刺针姿态调整控制。所述定点穿刺装置驱动力由驱动电机提供，所述机器人每个旋转关节由驱动电机驱动和制动，方便机器人调整姿态以及保持当前状态。本发明专利设计了一种定点穿刺装置及使用该装置的机器人用于辅助医生进行定点穿刺诊断，弥补手工穿刺的不足，提高穿刺的稳定性和诊断的成功率。

Description

一种定点穿刺装置及使用该装置的机器人

技术领域

本发明专利属于医疗机器人领域，具体涉及一种定点穿刺装置及使用该装置的机器人。

背景技术

在临床医疗工作中，穿刺是一种比较普遍的治疗方式，但是医生纯手工穿刺依然存在许多的缺陷，例如：在三维空间里进行二维穿刺准确率得不到保障，且需要医生随时观察针尖位置，一旦出现手部颤抖或穿刺用力不均匀的现象，容易造成术后并发症甚至严重威胁到病人的生命安全。

在穿刺手术过程中，医生在手工进给穿刺针时可能需要多次回撤针，才能准确穿刺到目标靶点，在这种情况下，会增加手术过程中病人的痛苦，对医生和病人造成紧张心理，延长手术时间，降低手术效率，而且手工穿刺时无法使穿刺针达到穿刺的任意姿态，穿刺针的工作范围受限。

发明内容

本发明专利针对上述问题提供了一种定点穿刺装置及使用该装置的机器人来进行问题的解决。该机器人主要包括穿刺针、穿刺针推进装置、电磁铁装置、圆环板轨道、驱动电机、定点穿刺机构、连接固定支架、SCARA型机械臂、滚珠丝杠、驱动电机、空心开槽立柱、底座。所述SCARA型机械臂为机器人定位机械臂，包括三个关节，且每个旋转关节由所述驱动电机提供转动动力，所述SCARA型机械臂整体与所述滚珠丝杠的螺母连接，整体可以实现上下移动；所述滚珠丝杠安装在所述空心开槽立柱内部；所述定点穿刺机构由连杆和运动副构成，实现穿刺针的定点转动；所述穿刺针推进装置实现穿刺针的进给运动，达到穿刺的目的；所述驱动电机驱动定点穿刺机构的驱动轴转动；所述驱动电机驱动定点穿刺装置的整体转动；所述驱动电机用来驱动滚珠丝杠。

进一步的，所述空心开槽立柱安装在所述底座上，所述驱动电机与所述滚珠丝杠的螺杆通过联轴器连接，所述驱动电机驱动螺杆转动，以实现驱动所述SCARA型机械臂整体在竖直方向上的上下移动。

进一步的，所述SCARA型机械臂大臂与所述滚珠丝杠螺母连接处安装所述驱动电机，驱动SCARA型机械臂大臂在水平面内转动，机械臂大臂与机械臂小臂连接处安装所述驱动电机，驱动SCARA型机械臂小臂在水平面内转动，所述驱动电机安装于机械臂小臂末端，以驱动所述定点穿刺装置整体转动。

进一步的，所述圆环板轨道与所述连接固定支架相连接，所述驱动电机安装在所述连接固定支架上，所述定点穿刺机构的第一连杆通过联轴器与所述驱动电机连接，第二连杆与第一连杆铰接，第三连杆与第二连杆铰接，第四连杆与第三连杆及所述穿刺针推进装置同时刚接。

进一步的，所述穿刺针安装于所述定点穿刺装置内，且穿刺针针尖位置固定为所述圆环板内壁圆心处。

进一步的，所述圆环板轨道特征为沿其两侧分别设有L型限制板，以限制所述穿刺针沿垂直于所述电磁铁装置与L型限制板接触面的移动。

进一步的，所述电磁铁装置安装有与L型限制板相切的永久磁铁卡板，以限制所述穿刺针沿其轴线方向的移动，同时可以控制所述穿刺针在无外力作用下能够保持在当前位置。

进一步的，所述圆环板轨道装置为模块化设计，其角度、位置可以自行调整、更改，以不发生干涉为原则。其最大实际工作区域为四分之一圆环板，可实现所述穿刺针在竖直面内做往复运动。

进一步的，所述驱动电机驱动所述定点穿刺机构的第一连杆转动，进而通过第二、三连杆驱动第四连杆控制所述穿刺针沿圆环板轨道做往复运动。

进一步的，所述驱动电机上安装有接线端子排，所述驱动电机通过所述接线端子排与控制器输出端连接。

进一步的，所述穿刺针针尖、连接柱体中心线及驱动电机输出轴中心线处于同一竖直线上。

进一步的，所述定点穿刺装置整体安装于所述SCARA型机械臂小臂末端。

进一步的，所述驱动电机安装于机械臂小臂末端，以驱动所述定点穿刺装置整体转动。

与现有技术相比，本发明专利的有益效果是：采用SCARA型机械臂对穿刺针进行定位，具有定位精度高、工作范围大的优点，提高了穿刺过程的运动稳定性；定点穿刺机构可以实现穿刺针的定点运动，避免穿刺针在变换角度时对皮肤开口的挤压损伤；采用本定点穿刺装置及使用该装置的机器人可以有效弥补手工穿刺的不足，帮助医生更好的实施手术，以提高手术成功率。

附图说明

构成本申请的一部分的附图提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其他特征、优点和目的变得更加清晰，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明专利的轴测图。

图2是定点穿刺装置的示意图。

图3是定点穿刺机构的运动原理图。

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发明及其实施例，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发明中的具体含义。

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发明中的具体含义。

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2所示，本申请涉及一种定点穿刺装置，该定点穿刺装置主要包括穿刺针101、穿刺针推进装置107、电磁铁装置105、圆环板轨道116、驱动电机108、定点穿刺机构，穿刺针101安装于穿刺针推进装置107内，穿刺针推进装置107与所述电磁铁装置105连接，电磁铁装置105通过控制电流通断控制其自身与圆环板轨道116之间的磁力大小，以实现定点穿刺过程中穿刺针101的角度调节和目标姿态固定。

如图1所示，一种穿刺机器人，该穿刺机器人主要包括SCARA型机械臂、滚珠丝杠206、驱动电机、空心开槽立柱207、底座210，自锁轮211、手推架208和定点穿刺装置100。定点穿刺装置100安装在SCARA型机械臂小臂201末端，SCARA型机械臂为机器人定位机械臂，包括三个关节，且每个关节由驱动电机提供转动动力，空心开槽立柱207与底座210连接，SCARA型机械臂大臂204与小臂201连接处安装驱动电机202，大臂204与滚珠丝杠螺母连接处安装驱动电机203。

本发明所述穿刺针推进装置107可以是电动缸、电动推杆、直线运动模组等装置，也可以是自行设计的模块，在本发明实施例中做简化处理；且在本发明实施例中电磁铁装置105和自锁轮211具体型号技术人员可根据实际需要选定，在本发明实施例中也做简化处理。

具体的，如图1所示，空心开槽立柱207安装在底座210上，驱动电机209与滚珠丝杠206的螺杆通过联轴器连接，SCARA型机械臂整体与滚珠丝杠206的螺母连接，驱动电机209驱动螺杆转动，以实现驱动所述SCARA型机械臂整体在竖直方向上的上下移动。

具体的，如图2所示，定点穿刺机构由连杆和运动副构成，实现穿刺针101的定点转动；穿刺针推进装置107实现穿刺针101的进给运动，达到穿刺的目的；驱动电机108驱动定点穿刺机构的驱动轴转动；驱动电机109驱动定点穿刺装置100的整体转动；圆环板轨道116与连接固定支架相连接，驱动电机108安装在连接固定支架上，定点穿刺机构的第一连杆111通过联轴器112与驱动电机108连接，第二连杆113与第一连杆111铰接，第三连杆115与第二连杆113铰接，第四连杆117与第三连杆115及穿刺针推进装置107同时刚接。穿刺针101安装于定点穿刺针装置107内，且穿刺针101针尖位置固定为圆环板内壁圆心处。圆环板轨道116特征为沿其两侧分别设有L型限制板106，以限制穿刺针101沿垂直于电磁铁装置105与L型限制板106接触面的移动。电磁铁装置105安装有与L型限制板106相切的永久磁铁卡板，以限制穿刺针101沿其轴线方向的移动，同时可以控制穿刺针101在无外力作用下能够保持在当前位置。圆环板装置116的最大实际工作区域为四分之一圆环板，可实现穿刺针101在竖直面内做往复运动。

如图2所示，驱动电机108驱动定点穿刺机构的第一连杆转动，进而通过第二连杆113、第三连杆115驱动第四连杆117控制穿刺针101沿圆环板轨道做往复运动。驱动电机上安装有接线端子排，驱动电机通过所述接线端子排与控制器输出端连接。穿刺针101针尖、连接柱体114中心线、连接柱体110中心线及驱动电机109输出轴中心线处于同一竖直线上，故当驱动电机109驱动定点穿刺装置转动时，能够保证穿刺针101的针尖位置为定点。

如图3所示，为定点穿刺机构的运动原理图，其运动原理为双摇杆运动机构。图中杆1为主动杆，杆2为连接杆，杆3为从动杆，当杆1转动时，杆3做相应转动。杆3与杆d长度相等，杆3和杆d的运动轨迹重合且皆为与圆弧板a同心的圆弧，由于磁力作用，点ab为可滑动固定点，故在实际运动中，穿刺针101的针尖位置点d3为固定点，所以可以实现其定点穿刺，且可以实现穿刺针101角度调节。

本发明的一些实施例中，所述圆环板轨道装置116为模块化设计，具体实际工作区域根据具体操作环境而定，其角度、位置可以自行调整、更改，以不发生干涉为原则。在本实施例附图中，其尺寸和部件的相对体积、大小不应该对本发明产生限制，本领域技术人员可以根据其需要的手术场景进行合理修改。

在本实施例的具体操作中，所述一种定点穿刺装置及使用该装置的机器人实现定点多角度穿刺的过程为：通过控制空心开槽立柱207内部的驱动电机209控制滚珠丝杠206的螺杆转动，调节机械臂整体在竖直面内上下移动以到达合适的工作位置；通过控制驱动电机203驱动机械臂大臂204在水平面内做圆弧运动，通过控制驱动电机202驱动机械臂小臂201在水平面内做圆弧运动，两者协作以实现机械臂整体在水平面内的工位调节；通过控制驱动电机108可以实现穿刺针101沿圆环板轨道116做定点转动，通过控制驱动电机109可以实现定点穿刺装置整体沿驱动电机109轴向的转动，两者协作以实现穿刺针101在半个球体的范围内做穿刺针101针尖位置固定的多角度运动。以上过程即可实现手术过程中的定点穿刺目的，帮助医生有效弥补手工穿刺的不足，更好的实施手术，以提高手术成功率。

Claims (14)

1.一种定点穿刺装置，其特征在于，主要包括：穿刺针（101）、穿刺针推进装置（107）、电磁铁装置（105）、圆环板轨道（116）、驱动电机、定点穿刺机构、连接固定支架；所述穿刺针（101）安装于所述穿刺针推进装置（107）内，所述穿刺针推进装置（107）与所述电磁铁装置（105）连接，所述电磁铁装置（105）通过控制电流通断控制其自身与所述圆环板轨道（116）之间的磁力大小，以实现定点穿刺过程中所述穿刺针（101）的角度调节和目标姿态固定。

2.如权利要求1所述一种定点穿刺装置，其特征是：所述圆环板轨道（116）与所述连接固定支架相连接，所述驱动电机（108）安装在所述连接固定支架上，所述定点穿刺机构的第一连杆（111）通过联轴器（112）与所述驱动电机（108）连接，第二连杆（113）与第一连杆（111）铰接，第三连杆（115）与第二连杆（113）铰接，第四连杆（117）与第三连杆（115）及所述穿刺针推进装置（107）同时刚接。

3.如权利要求1所述一种定点穿刺装置，其特征是：所述穿刺针（101）安装于所述定点穿刺针装置（107）内，且穿刺针（101）针尖位置固定为所述圆环板内壁圆心处。

4.如权利要求1所述一种定点穿刺装置，其特征是：所述圆环板轨道（116）特征为沿其两侧分别设有L型限制板（106），以限制所述穿刺针（101）沿垂直于所述电磁铁装置（105）与L型限制板（106）接触面的移动。

5.如权利要求1所述一种定点穿刺装置，其特征是：所述电磁铁装置（105）安装有与L型限制板（106）相切的永久磁铁卡板，以限制所述穿刺针（101）沿其轴线方向的移动，同时可以控制所述穿刺针（101）在无外力作用下能够保持在当前位置。

6.如权利要求4所述一种定点穿刺装置，其特征是：所述圆环板轨道装置（116）为模块化设计，具体实际工作区域根据具体操作环境而定，角度、位置可以自行调整、更改，以不发生干涉为原则。

7.如权利要求4所述一种定点穿刺装置，其特征是：所述圆环板装置（116）的最大实际工作区域为四分之一圆环板，可实现所述穿刺针（101）在竖直面内做往复运动。

8.如权利要求2所述一种定点穿刺装置，其特征是：所述驱动电机（108）驱动所述定点穿刺机构的第一连杆转动，进而通过第二连杆（113）、第三连杆（115）驱动第四连杆（117）控制所述穿刺针（101）沿圆环板轨道做往复运动。

9.如权利要求1所述一种定点穿刺装置，其特征是：所述驱动电机上安装有接线端子排，所述驱动电机通过所述接线端子排与控制器输出端连接。

10.如权利要求1所述一种定点穿刺装置，其特征是：所述穿刺针（101）针尖、连接柱体（114）中心线、连接柱体（110）中心线及驱动电机（109）输出轴中心线处于同一竖直线上。

11.如权利要求1所述一种定点穿刺装置，其特征是：所述定点穿刺装置整体安装于所述SCARA型机械臂小臂（201）末端。

12.如权利要求1所述一种定点穿刺装置，其特征是：所述驱动电机（109）安装于机械臂小臂（201）末端，以驱动所述定点穿刺装置整体转动。

13.一种穿刺机器人，其特征在于，主要包括：SCARA型机械臂、滚珠丝杠（206）、驱动电机、空心开槽立柱（207）、底座（210），自锁轮（211）、手推架（208）和权力要求1至12中任意一项所述的装置；所述空心开槽立柱（207）与所述底座（210）连接，所述SCARA型机械臂大臂（204）与小臂（201）连接处安装所述驱动电机（202），大臂（204）与滚珠丝杠螺母连接处安装所述驱动电机（203）。

14.如权利要求11所述一种定点穿刺装置，其特征是：所述滚珠丝杠（206）安装在所述空心开槽立柱（207）内部，所述驱动电机（209）通过联轴器与所述滚珠丝杠螺杆连接。