CN111672013B - 用于介入手术送丝系统的多动作集成末端执行器 - Google Patents

用于介入手术送丝系统的多动作集成末端执行器 Download PDF

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Abstract

提供一种用于介入手术送丝系统的多动作集成末端执行器，其包括夹紧组件、捻丝组件、柔性夹爪和设置在柔性夹爪夹持范围内的介入器械；夹紧组件包括具有限位内孔的限位轴承；夹紧组件带动柔性夹爪运动至限位内孔内，柔性夹爪发生形变并夹紧介入器械；夹紧组件带动柔性夹爪远离限位内孔，柔性夹爪恢复形变并松开介入器械；捻丝组件带动夹紧介入器械的柔性夹爪转动，对介入器械进行旋转操作。本发明中柔性夹爪采用软性材料，在进行介入手术时能发生弹性形变，具有很好的自适应性和容错性。本发明所述的用于介入手术送丝系统的多动作集成末端执行器，具有体积小、质量轻、适应范围广的优点。

Description

用于介入手术送丝系统的多动作集成末端执行器
技术领域
本发明涉及一种介入手术末端执行器，具体涉及介入手术送丝系统末端执行器的结构设计。本发明多用于介入手术送丝系统，手术过程中在医生的控制下对于介入器械执行相关操作，具有夹紧及旋转介入器械的功能；在直线运动驱动器的配合下，可实现送丝和捻丝的实时协同操作。
背景技术
引发心脑血管疾病的主要原因是血管内部堆积引起的局部供血不足。目前，介入手术是治疗心脑血管疾病的有力手段。介入手术具有创伤小、恢复快，可靠性高等多方面的优点，每年全球数十亿人接受介入手术治疗。
但是，介入手术本身操作难度较高，对于主刀医生的临床经验要求较高。另一方面医护人员将处于X射线的辐射下，受到长时间辐射的伤害。
因此，如何研发一种体积小、质量轻、适应范围广介入手术机器人，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种用于介入手术送丝系统的多动作集成末端执行器，其包括夹紧组件、捻丝组件、柔性夹爪和设置在所述柔性夹爪夹持范围内的介入器械；所述夹紧组件包括具有限位内孔的限位轴承；所述夹紧组件带动所述柔性夹爪运动至所述限位内孔内，所述柔性夹爪发生形变并夹紧所述介入器械；所述夹紧组件带动所述柔性夹爪远离所述限位内孔，所述柔性夹爪恢复形变并松开所述介入器械；所述捻丝组件带动夹紧所述介入器械的柔性夹爪转动，对所述介入器械进行旋转。
在某些实施方式中，所述的用于介入手术送丝系统的多动作集成末端执行器中，所述柔性夹爪采用硅胶材料。
在某些实施方式中，所述的用于介入手术送丝系统的多动作集成末端执行器中，所述送丝组件包括：直线伺服驱动器；竖直设置在所述直线伺服驱动器输出端的连杆；一端设置在所述连杆上的介入器械支撑轴，所述介入器械支撑轴的另一端固定所述柔性夹爪；所述介入器械支撑轴具有中空结构；其中，所述直线伺服驱动器驱动所述连杆水平往复运动，带动所述介入器械支撑轴水平往复运动，所述介入器械支撑轴带动所述柔性夹爪直线往复运动；所述柔性夹爪在直线往复运动的过程中穿梭所述限位内孔，所述柔性夹爪在穿梭限位内孔时发生弹性形变，夹紧或松开所述介入器械。
在某些实施方式中，所述的用于介入手术送丝系统的多动作集成末端执行器中，其中，所述柔性夹爪与所述中空结构相对位置开设有通孔；所述介入器械设置在所述中空结构中，所述介入器械从所述通孔伸出并延伸至所述柔性夹爪的夹持范围。
在某些实施方式中，所述的用于介入手术送丝系统的多动作集成末端执行器中，所述夹紧组件还包括连杆座，所述连杆座一端固定在所述连杆，所述连杆座另一端通过6mm轴套设置在所述介入器械支撑轴上。
在某些实施方式中，所述的用于介入手术送丝系统的多动作集成末端执行器中，所述夹紧组件还包括主轴端，所述主轴端通过顶丝固定在所述介入器械支撑轴的一端的顶部。
在某些实施方式中，所述的用于介入手术送丝系统的多动作集成末端执行器中，所述中空结构为圆柱体，所述中空结构的直径为3.6mm。
在某些实施方式中，所述的用于介入手术送丝系统的多动作集成末端执行器中，所述通孔内壁和所述中空结构内壁上均设置有硅胶垫。
在某些实施方式中，所述的用于介入手术送丝系统的多动作集成末端执行器中，所述捻丝组件包括：固定在所述介入器械支撑轴上的齿轮I，所述齿轮I临近所述柔性夹爪设置；舵机；设置在所述舵机舵盘上的齿轮II，所述齿轮II与所述齿轮I相啮合其中，齿轮II在所述舵机的作用下转动，带动所述齿轮I转动，带动所述介入器械支撑轴转动，带动夹紧所述介入器械的所述柔性夹爪旋转，实现所述介入器械旋转。
在某些实施方式中，所述的用于介入手术送丝系统的多动作集成末端执行器中，该多动作集成末端执行器包括：基座；设置在所述基座上的基座盖；设置在所述基座上的驱动器支架，所述驱动器支架用于固定所述直线伺服驱动器；固定在所述基座上的舵机支架，所述舵机支架用于固定所述舵机。
有益效果：
1.本发明所述的用于介入手术送丝系统的多动作集成末端执行器，其使用柔性夹爪，柔性夹爪采用软性材料，在进行介入手术时能发生弹性形变，具有很好的自适应性和容错性。
2.本发明所述的用于介入手术送丝系统的多动作集成末端执行器，具有体积小、质量轻、适应范围广的特点，且与直线运动驱动器配合，可实现送丝和捻丝的实时协同操作。
附图说明
图1是本发明所述的用于介入手术送丝系统的多动作集成末端执行器的结构示意图。
图2是本发明所述的用于介入手术送丝系统的多动作集成末端执行器中限位轴承和主轴端的结构示意图。
1代表舵盘，2代表舵机支架，3代表舵机，4代表轴座，5代表连杆座，6代表介入器械支撑轴，7代表连杆，8代表驱动器支架，9代表基座， 10代表直线伺服驱动器，11代表轴承端盖I，12代表柔性夹爪，13代表轴承端盖II 13，14代表齿轮I，15代表基座盖，16代表齿轮II，17代表限位轴承，18代表主轴端，19代表8mm轴套，20代表6mm轴套。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为具体公开了该范围的上限和下限以及它们之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。关于本文中所使用的“和/或”，包括所述事物的任一或全部组合。除非另有说明，否则％指质量体积百分比。
本发明提供一种用于介入手术送丝系统的多动作集成末端执行器，其包括夹紧组件、捻丝组件、柔性夹爪12和设置在所述柔性夹爪12夹持范围内的介入器械；所述夹紧组件包括具有限位内孔的限位轴承17；所述夹紧组件带动所述柔性夹爪12运动至所述限位内孔内，所述柔性夹爪12发生形变并夹紧所述介入器械；所述夹紧组件带动所述柔性夹爪12远离所述限位内孔，所述柔性夹爪12恢复形变并松开所述介入器械；所述捻丝组件带动夹紧所述介入器械的柔性夹爪12转动，对所述介入器械进行旋转。
上述方案中，限位轴承17与介入器械支撑轴6同轴设置。
上述方案中，该多动作集成末端执行器还包括轴承端盖I 11与轴承端盖 II 13，轴承端盖I 11固定于基座9与基座盖15的内侧，轴承端盖II 13固定于基座9与基座盖15的外侧。
上述方案中，夹紧组件、捻丝组件相对独立又彼此联系。多动作集成末端执行器的夹紧组件与捻丝组件可配合完成夹持后捻丝动作；另外该多动作集成末端执行器安装于直线运动执行机构上，两者配合下，可以独立完成送丝动作或者是捻丝动作，也可以同时完成送丝与捻丝动作的协同配合，即边送丝边捻丝。
本发明多用于介入手术送丝系统，手术过程中置于体外并配合设置在多动作集成末端执行器底部的直线运动驱动器使用，在医生的控制下对于介入器械执行相关操作，配套有微控制系统，具有夹紧及旋转介入器械的功能。
上述方案中，所述柔性夹爪12采用硅胶材料。柔性夹爪12采用软性材料，在进行介入手术时能发生弹性形变，具有很好的自适应性和容错性。
上述方案中，所述送丝组件包括：直线伺服驱动器10；竖直设置在所述直线伺服驱动器10输出端的连杆7；一端设置在所述连杆7上的介入器械支撑轴6，所述介入器械支撑轴6的另一端固定所述柔性夹爪12；所述介入器械支撑轴6具有中空结构；所述介入器械支撑轴6的另一端通过螺栓固定齿轮I14 与柔性夹爪12；其中，所述直线伺服驱动器10驱动所述连杆7水平往复运动，带动所述介入器械支撑轴6水平往复运动，所述介入器械支撑轴6带动所述柔性夹爪12直线往复运动；所述柔性夹爪12在直线往复运动的过程中穿梭所述限位内孔，所述柔性夹爪12在穿梭限位内孔时发生弹性形变，夹紧或松开所述介入器械。
所述限位内孔的纵截面为梯形，当所述柔性夹爪12进入所述限位内孔时，所述限位内孔的孔径由大到小，限位内孔在变小的过程中，所述柔性夹爪12发生弹性形变并夹紧所述介入器械。
上述方案中，所述柔性夹爪12与所述中空结构相对位置开设有通孔；所述介入器械设置在所述中空结构中，所述介入器械所述中空结构中伸出，通过所述通孔延伸至所述柔性夹爪12的夹持范围。
上述方案中，所述夹紧组件还包括连杆座5，所述连杆座5一端固定在所述连杆7，所述连杆座5另一端通过6mm轴套20设置在所述介入器械支撑轴6 上。
所述直线伺服驱动器10固定在驱动器支架8，所述驱动器支架8通过螺栓固定在所述基座9上；所述驱动器支架8的侧壁与所述介入器械支撑轴6相对应的位置处设置有8mm轴套19。
所述介入器械支撑轴6通过6mm轴套20连接设置在所述连杆座上，同时，所述介入器械支撑轴6穿过所述8mm轴套19。
直线伺服驱动器10的动力输出轴通过连杆7、连杆座5及连杆7和连杆座5 间的轴套传递至介入器械支撑轴6。
上述方案中，所述夹紧组件还包括主轴端18，所述主轴端18通过顶丝固定在所述介入器械支撑轴6的一端的顶部。主轴端18实现连杆7与介入器械支撑轴6之间的夹紧，从而允许介入器械支撑轴6的旋转与直线两个自由度。
上述方案中，所述中空结构为圆柱体，所述中空结构的直径为3.6mm。所述通孔的直径为3.6mm。介入器械支撑轴6与柔性夹爪12可适应直径从 0mm～3.6mm的各类导管或导丝等介入器械。
上述方案中，所述通孔内壁和所述中空结构内壁上均设置有硅胶垫。
为保证生物相容性，执行器材料均采用无毒材料；为便于消毒，与介入器械直接接触的柔性夹爪12的通孔内壁及介入器械支撑轴6中空结构内壁中均设置有一次性硅胶垫，手术后可进行更换。最大程度减小介入手术对于人体的负面影响，一次性硅胶垫便于消毒，避免交叉感染。
上述方案中，所述捻丝组件包括：固定在所述介入器械支撑轴6上的齿轮I 14，所述齿轮I 14临近所述柔性夹爪12设置；舵机3；设置在所述舵机3 舵盘1上的齿轮II 16，所述齿轮II 16与所述齿轮I14相啮合；其中，齿轮II 16 在所述舵机3的作用下转动，带动所述齿轮I14转动，带动所述介入器械支撑轴6转动，带动夹紧所述介入器械的所述柔性夹爪12旋转，实现所述介入器械旋转。
在执行介入手术的过程中，微控制系统在医生的控制下给多动作集成末端执行器发送动作指令。在送丝操作时，多动作集成末端执行器仅夹紧组件动作，直线伺服驱动器10通过连杆7带动介入器械支撑轴6进而带动柔性夹爪 12实现直线运动，在限位轴承17内孔的限位作用下，实现对于介入器械支撑轴6内的介入器械夹紧，并在多动作集成末端执行器底部的直线运动驱动器的配合下，实现送丝动作；进行捻送操作时，即捻丝和送丝，直线伺服驱动器10通过连杆7带动介入器械支撑轴6进而带动柔性夹爪12实现直线运动，在限位轴承17内孔的限位作用下，实现对于介入器械支撑轴6内的介入器械夹紧，并在多动作集成末端执行器底部的直线运动驱动器的配合下，实现送丝动作，在送丝动作的同时，舵机3驱动舵盘1及齿轮II 16转动，进而驱动齿轮 I 14转动，实现柔性夹爪12的转动，从而实现介入器械支撑轴6内介入器械的旋转，即捻丝动作，至此机构实现送丝及捻丝的协同配合操作。捻送操作时，柔性夹爪12位于限位轴承17的限位内孔中，限位内孔允许柔性夹爪12在弹性形变即夹紧介入器械后的旋转自由度。
上述方案中，该多动作集成末端执行器包括：基座9；设置在所述基座9 上的基座盖15；设置在所述基座9上的驱动器支架8，所述驱动器支架8用于固定所述直线伺服驱动器10；轴座4；固定在所述基座9上的舵机支架2，所述舵机支架2用于固定所述舵机3。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。

Claims (8)

1.一种用于介入手术送丝系统的多动作集成末端执行器，其包括夹紧组件、捻丝组件、柔性夹爪(12)和设置在所述柔性夹爪(12)夹持范围内的介入器械；
所述夹紧组件包括具有限位内孔的限位轴承(17)、直线伺服驱动器(10)；竖直设置在所述直线伺服驱动器(10)输出端的连杆(7)；一端设置在所述连杆(7)上的介入器械支撑轴(6)，所述介入器械支撑轴(6)的另一端固定所述柔性夹爪(12)；所述介入器械支撑轴(6)具有中空结构；所述夹紧组件带动所述柔性夹爪(12)运动至所述限位内孔内，所述柔性夹爪(12)发生形变并夹紧所述介入器械；
所述捻丝组件带动夹紧所述介入器械的柔性夹爪(12)转动，对所述介入器械进行旋转；
所述捻丝组件包括：
固定在所述介入器械支撑轴(6)上的齿轮Ⅰ(14)，所述齿轮Ⅰ(14)临近所述柔性夹爪(12)设置；
舵机(3)；
设置在所述舵机舵盘(1)上的齿轮Ⅱ(16)，所述齿轮Ⅱ(16)与所述齿轮Ⅰ(14)相啮合；
其中，所述齿轮Ⅱ(16)在所述舵机(3)的作用下转动，所述齿轮Ⅱ(16)带动所述齿轮Ⅰ(14)转动，所述齿轮Ⅰ(14)带动所述介入器械支撑轴(6)转动，带动夹紧所述介入器械的所述柔性夹爪(12)旋转，实现所述介入器械旋转；其中，所述直线伺服驱动器(10)驱动所述连杆(7)水平运动，带动所述介入器械支撑轴(6)水平运动，所述介入器械支撑轴(6)带动所述柔性夹爪(12)直线运动；所述柔性夹爪(12)在直线往复运动的过程中穿梭所述限位内孔，所述柔性夹爪(12)在穿梭所述限位内孔时发生弹性形变，夹紧或松开所述介入器械。
2.根据权利要求1所述的用于介入手术送丝系统的多动作集成末端执行器，其中，所述柔性夹爪(12)采用硅胶材料。
3.根据权利要求1所述的用于介入手术送丝系统的多动作集成末端执行器，其中，所述柔性夹爪(12)与所述中空结构相对位置开设有通孔；所述介入器械设置在所述中空结构中，所述介入器械从所述通孔伸出并延伸至所述柔性夹爪(12)的夹持范围。
4.根据权利要求3所述的用于介入手术送丝系统的多动作集成末端执行器，其中，所述中空结构为圆柱体，所述中空结构的直径为3.6mm。
5.根据权利要求3所述的用于介入手术送丝系统的多动作集成末端执行器，其中，所述通孔内壁和所述中空结构内壁上均设置有硅胶垫。
6.根据权利要求1所述的用于介入手术送丝系统的多动作集成末端执行器，其中，所述夹紧组件还包括连杆座(5)，所述连杆座(5)一端固定在所述连杆(7)，所述连杆座(5)另一端通过6mm轴套设置在所述介入器械支撑轴(6)上。
7.根据权利要求1所述的用于介入手术送丝系统的多动作集成末端执行器，其中，所述夹紧组件还包括主轴端(18)，所述主轴端(18)通过顶丝固定在所述介入器械支撑轴(6)的一端的顶部。
8.根据权利要求1所述的用于介入手术送丝系统的多动作集成末端执行器，其中，该多动作集成末端执行器还包括：
基座(9)；
设置在所述基座(9)上的基座盖(15)；
设置在所述基座(9)上的驱动器支架(8)，所述驱动器支架(8)用于固定所述直线伺服驱动器(10)；
固定在所述基座(9)上的舵机支架(2)，所述舵机支架(2)用于固定所述舵机(3)。
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