CN112315583B - 一种便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手,包括连接部、左手抓握部、右手推送主动部、右手旋捻被动部;本发明用于介入造影手术中,对导管和导丝的向前推送和向后撤出动作,以及导管和导丝的旋转控制。医生通过在手术室外的操作手柄,可以控制机器人的抓手推动导丝导管进入患者体内指定位置,并且可以准确测量导丝导管的移动距离,通过造影介入手术达到诊断的目的,避免医生受到X射线伤害的风险;本发明配置有可灵活拆卸的一次性用的无菌抓手手指,进行手术时,把手指插入到抓手对应位置;手术结束后,把手指拔出;每次手术都换一套新的手指,保证手术的无菌环境。
Description
技术领域
本发明属于微创血管介入手术领域,涉及对于介入手术中机器人对造影的控制技术,更具体的说是涉及一种便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手。
背景技术
全球每年有近3000万人死于心脑血管疾病,占所有疾病死亡率的30%左右,其中,我国患有心脑血管疾病人数近3亿。心脑血管疾病已经成为人类疾病死亡的三大原因之一,严重影响着国民健康和人们的正常生活。
心脑血管微创介入疗法是针对心脑血管疾病的主要治疗手段。和传统外科手术相比,有着切口小、术后恢复时间短等明显优势。心脑血管介入手术是由医生手动将导管、导丝以及支架等器械送入病患体内来完成治疗的过程。
介入造影手术存在以下两点问题:
第一、在手术过程中,由于DSA会发出X射线,医生体力下降较快,注意力及稳定性也会下降,将导致操作精度下降,易发生因推送力不当引起的血管内膜损伤、血管穿孔破裂等事故,导致病人生命危险。
第二、长期电离辐射的积累伤害会大幅地增加医生患白血病、癌症以及急性白内障的几率。医生因为做介入手术而不断积累射线的现象,已经成为损害医生职业生命、制约介入手术发展不可忽视的问题。
通过借助机器人技术能够有效应对这一问题,还可以大幅提高手术操作的精度与稳定性,同时能够有效降低放射线对介入医生的伤害,降低术中事故的发生几率。因此,心脑血管介入手术辅助机器人越来越多的被人们所关注,逐渐成为当今各科技强国在医疗机器人领域的重点研发对象。
介入手术的完整过程是先进行造影诊断,再进行球囊扩张,支架安放等治疗过程。介入造影手术是诊断心脑血管病变的基础,也是做进一步治疗的前提。因此手术量更大,临床意义更重要。
因此,因此,如何提供一种可以在很小的体积范围内,达到同医生实际介入手术操作一样效果,且便于消毒的介入造影手术仿生机器人,是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手,旨在解决上述技术问题。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手,包括:连接部、左手抓握部、右手推送主动部、右手旋捻被动部;
所述连接部包括顶面开口的壳体,所述壳体的底面并列开设有左手通过口和右手通过口;所述壳体的外侧壁用于与机械手臂连接并接通电信号;
所述左手抓握部安装在所述壳体内部,且其用于抓握导管的两个左手手指连接件相对平行布置并伸出所述左手通过口;两个所述左手手指连接件通过电磁吸附与所述左手抓握部的电磁吸附连接端可拆卸连接;两个所述左手手指连接件能够在所述左手抓握部的动力元件的驱动下做靠近和分离运动;
所述右手推送主动部和右手旋捻被动部配合安装在所述壳体内部,所述右手推送主动部的右手主动手指连接件和所述右手旋捻被动部的右手被动手指连接件平行布置并伸出所述右手通过口;所述右手主动手指连接件和右手被动手指连接件分别通过电磁吸附与所述右手推送主动部和右手旋捻被动部的电磁吸附连接端可拆卸连接;所述右手主动手指连接件在所述右手推送主动部的动力元件的驱动下能够配合所述右手被动手指连接件实现对导丝的夹持和输送动作;所述右手被动手指连接件在所述右手旋捻被动部的动力元件的驱动下能够配合所述右手主动手指连接件实现对导丝的旋捻动作。
通过上述技术方案,本发明用于介入造影手术中,对导管和导丝的向前推送和向后撤出动作,以及导管和导丝的旋转控制。医生通过在手术室外的操作手柄,可以控制机器人的抓手推动导丝导管进入患者体内指定位置,并且可以准确测量导丝导管的移动距离,通过造影介入手术达到诊断的目的,避免医生受到X射线伤害的风险;本发明配置有可灵活拆卸的一次性用的无菌抓手手指,进行手术时,把手指插入到抓手对应位置;手术结束后,把手指拔出;每次手术都换一套新的手指,保证手术的无菌环境。
本发明提供的左手手指连接件、右手主动手指连接件和右手被动手指连接件均为一次性手指,一次性手指为耗材,他直接和导丝导管接触。
优选的,在上述一种便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手中,所述连接部还包括固定在所述壳体外侧壁上的第一凸台,以及对称位于所述第一凸台两侧的两个第二凸台;所述第一凸台和第二凸台用于与所述机械手臂的连接端插合连接;所述第一凸台的端头固定有用于电信号连接电路板;两个所述第二凸台的端头固定有用于磁吸附的第一铁片。连接部是用于连接机械手臂:这里设置有3个凸台,左右两边凸台前端安装有铁片,可以和手臂端的电磁铁进行紧密的相连;中间的凸台上设置有电路板,用于和手臂上的电源和通讯凸点连接;第二,是用于固定抓手上的其他部件,外壳作为一个基准面,来支撑抓手的其他部件。
优选的,在上述一种便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手中,所述左手抓握部还包括固定在所述壳体内侧壁上的第一电机支架,所述第一电机支架与所述壳体底面平行;所述第一直线导轨固定在所述第一电机支架朝向所述壳体底面的一侧,且与所述壳体连接所述第一电机支架的侧壁平行;所述第一直线导轨两端的两个滑块分别与第一齿条和第二齿条的端头固定,所述第一齿条和第二齿条均与所述第一直线导轨平行,且间隔布置在所述第一直线导轨两端的两个滑块之间;所述第一齿条两侧均具有齿纹,且远离其固定端的一端固定有第一指片安装板;所述第二齿条与所述第一齿条对应的一侧具有齿纹,且其固定端固定有第二指片安装板;所述第二指片安装板与所述第二齿条的固定端的端头之间安装有抓握力传感器;所述从动齿轮通过齿轮轴转动连接在所述第一直线导轨的中部,且分别与所述第一齿条和第二齿条啮合;所述第一电机支架朝向所述壳体开口的一面固定有第一步进电机,所述第一步进电机的动力输出轴穿过所述第一电机支架固定有与所述第一齿条啮合的主动齿轮,所述主动齿轮和从动齿轮位于所述第一齿条的两侧;两个第一指端限位架分别固定在所述第一指片安装板和第二指片安装板的表面;两个第一电磁铁分别固定在所述第一指片安装板和第二指片安装板的表面,且位于两个所述第一指端限位架内部;两个第一行程开关分别固定在两个所述第一指端限位架内侧;两个所述左手手指连接件的连接端均固定有第二铁片,且分别穿过两个所述第一指端限位架,与两个所述第一电磁铁吸附连接;两个所述左手手指连接件的相对面上均固定有第一医用硅胶垫片。第一步进电机带动齿轮齿条组合,可以实现第一夹指片和第二夹指片的夹紧和打开,在抓握力传感器的作用下,可以感知夹紧力,从而能够保证夹紧外鞘或导管尾端。
优选的,在上述一种便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手中,所述右手推送主动部还包括固定在所述壳体内侧壁上且与所述第一电机支架相对的第二直线导轨,所述第二直线导轨与所述壳体底面平行;所述壳体位于所述第一电机支架和第二直线导轨之间的内侧壁上固定有与所述第二直线导轨平行的第三直线导轨;所述第二直线导轨和第三直线导轨分别与主动板的两侧边沿滑动连接;所述壳体开口边沿具有第二电机支架,所述第二电机支架上固定有丝杠步进电机;所述丝杠步进电机与所述主动板沿所述第二直线导轨的方向滑动连接,所述丝杠步进电机的丝杠上螺纹连接有第一丝母,所述第一丝母通过丝母支架固定在所述主动板上;所述主动板具有所述丝杠步进电机的一面固定有配合垫片的第二步进电机;所述第二步进电机的动力输出轴穿过所述主动板连接有锥齿轮组;所述锥齿轮组与所述主动板平行且与所述第二直线导轨垂直的动力输出端连接有凸轮转轴,所述凸轮转轴远离所述锥齿轮组的一端与固定在所述主动板上的直角件转动连接;所述锥齿轮组与所述主动板和第二直线导轨均平行的动力输出端具有圆盘,所述圆盘的边沿转动连接有连杆的端头;所述主动板上沿所述凸轮转轴的长度方向固定有第四直线导轨,所述第四直线导轨的滑块上固定有第一推板;所述第一推板朝向所述凸轮转轴的边沿与所述连杆的另一端头转动连接;所述第一推板表面沿所述第二直线导轨的方向固定有第五直线导轨;所述第五直线导轨的滑块上固定有第二推板;所述第二推板朝向所述凸轮转轴的边沿与所述凸轮转轴上的凸轮通过弹簧连接,所述弹簧端头与所述凸轮的边沿滑动连接;所述第二推板远离所述凸轮转轴的一端顶面固定有与所述第四直线导轨平行的第六直线导轨,所述第六直线导轨的滑块上固定有卡槽架;第一力反馈传感器一端固定在所述第二推板朝向所述凸轮转轴的边沿,另一端穿过所述卡槽架;所述卡槽架的顶面固定有第二指端限位架;第二电磁铁固定在所述卡槽架的表面,且位于所述第二指端限位架内部;第二行程开关固定在所述第二指端限位架内侧;所述右手主动手指连接件的连接端固定有第三铁片,且穿过所述第二指端限位架,与所述第二电磁铁吸附连接。第二步进电机配合齿轮、连杆、凸轮,可以实现对导丝或导管的自动夹紧松开,同时第二步进电机的正反转可以实现推送或撤回导丝或导管;丝杠步进电机可以推动整个主动板前进或者后退,用于实现对导丝或导管的夹紧或松开操作。
优选的,在上述一种便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手中,所述壳体位于所述第一电机支架和第二直线导轨之间的内侧壁上固定有直角固定板;所述第三直线导轨的滑块与所述直角固定板固定,所述第三直线导轨通过导轨支架与所述主动板的边沿固定连接;所述导轨支架固定有第一感应片;所述直角固定板上固定有与所述第一感应片对应的第一光电开关。它们配合使用,可以用于定位。
优选的,在上述一种便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手中,所述第一推板靠近所述第二直线导轨的一端表面固定有容栅传感器,另一面固定有直角结构的第二感应片;所述主动板靠近所述第二直线导轨的一端表面固定有第二光电开关,所述第二感应片的端头伸入所述第二光电开关的感应槽内。用于定位第一推板的初始位置。
优选的,在上述一种便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手中,所述右手旋捻被动部还包括固定在所述壳体内侧壁上的第三电机支架,所述第三电机支架与所述主动板的移动方向对应布置;第三步进电机固定在所述第三电机支架朝向所述壳体底面的一侧,且其具有螺纹的动力输出轴穿过所述第三电机支架,并螺纹连接有第二丝母;所述壳体安装有所述第三电机支架的内侧壁上固定有第七直线导轨,所述第七直线导轨的布置方向与所述第三步进电机的动力输出轴方向相同;所述第七直线导轨的滑块和第二丝母之间固定有直角连接件;所述直角连接件背向所述第七直线导轨的一面固定有第二力反馈传感器;所述第二力反馈传感器上固定有连接板;所述连接板朝向所述第三步进电机的一面固定有第八直线导轨,所述第八直线导轨的布置方向与所述壳体具有所述第三电机支架的一面平行;所述第八直线导轨的滑块与被动指板固定;所述被动指板上固定有指片安装架;所述指片安装架上固定有第三指端限位架;第三电磁铁固定在所述指片安装架的表面,且位于所述第三指端限位架内部;第三行程开关固定在所述第三指端限位架内侧;所述右手被动手指连接件的连接端固定有第四铁片,且穿过所述第三指端限位架,与所述第三电磁铁吸附连接。第三步进电机配合连接板可以实现对导丝或导管的旋捻动作,被动夹指板在连接件的作用下,可以跟随主动夹指板一起运动;在连接板上设置有第二力反馈传感器,可以检测到导丝或导管的夹紧力,保证抓手可以稳定的抓住导丝或导管;同时还设置有光电开关,保证抓手可以复位。
优选的,在上述一种便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手中,所述第一推板朝向所述右手主动手指连接件的边沿具有滑板;所述被动指板的端头具有两块平行板组成的滑槽;所述滑板滑动连接在所述滑槽内,且所述滑板能够沿着所述第七直线导轨的方向和所述第二直线导轨的方向在所述滑槽内滑动。能够实现同步输送和撤回,又不影响夹紧和旋捻的操作。
优选的,在上述一种便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手中,所述壳体的外侧壁上具有按钮,所述按钮用于控制所述第一电磁铁、第二电磁铁和第三电磁铁的得电和失电;所述壳体的外侧壁上具有四个指示灯;四个所述指示灯分别用于与所述第一行程开关、第二行程开关和第三行程开关电性连接,用于显示所述左手手指连接件、右手主动手指连接件和右手被动手指连接件是否安装到位。按钮用于辅助安装一次性手指,同时设置有指示灯,用于观察抓手的工作状态。
优选的,在上述一种便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手中,所述右手主动手指连接件和右手被动手指连接件的相对面分别固定有第二医用硅胶垫片和第三医用硅胶垫片。柔性材料的使用适应性更强。
经由上述的技术方案可知,与现有技术相比,本发明公开提供了一种便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手,具有以下有益效果:
1、本发明采用一次性使用的无菌手指组件,插拔式安装,每次手术更换新的耗材;有效的解决了机器人消毒困难的问题,大大节约了机器人完成手术的准备时间,提高手术效率。
2、本发明的手指耗材部分,结构简单,安装拆卸方便,无需工具可以在3秒内完成,加工成本低廉,稳定性好,便于临床中的推广使用;同时设置有指示灯,及时给医生工作状态的反馈,保证手术安全。
3、本发明采用仿生学设计,机器人抓手就像医生的手一样,进行介入造影手术的所有动作;可以同时推进和旋转导管或导丝,满足了临床中的实际需求。
4、本发明整体结构简单,稳定性好,采用模块化结构设计,拆装组合简便,结构紧凑,体积小巧,非常适宜于手术环境。
5、本发明通过测量微力传感器的推拉力,从而判断出导丝轴向摩擦力的受力变化情况,能及时给予医生操作提醒,保护病人安全。
6、本发明可以随时调整导丝夹紧程度,保证不会有打滑现象,可以满足血管介入手术对导丝或导管的需求。
7、本发明适用于各式各样的导管和导丝,通用性强。
8、本发明配置有测距装置,可以准确的测量出导管或导丝的移动距离,方便医生进行诊断。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的便捷消毒的便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手抓手的整体示意图;
图2附图为本发明提供的便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手的连接部的示意图;
图3附图为本发明提供的便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手的连接部另一视角的示意图;
图4附图为本发明提供的便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手的左手抓握部的示意图;
图5附图为本发明提供的便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手的左手抓握部的爆炸视图;
图6附图为本发明提供的便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手的左手抓握部的左手手指连接件部分的爆炸视图;
图7附图为本发明提供的便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手的右手推送主动部的示意图;
图8附图为本发明提供的便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手的右手推送主动部的爆炸视图;
图9附图为本发明提供的便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手的右手推送主动部的右手主动手指连接件部分的爆炸视图;
图10附图为本发明提供的便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手的右手旋捻被动部的示意图;
图11附图为本发明提供的便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手的右手旋捻被动部的右手被动手指连接件部分的爆炸视图;
图12附图为本发明提供的便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手的右手旋捻被动部的爆炸视图;
图13附图为本发明提供的便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手的整体示意图正面;
图14附图为本发明提供的便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手的整体示意图反面。
其中:
10-连接部;
101-壳体;102-第一铁片;103-第一凸台;104-电路板;105-左手通过口;106-右手通过口;107-第二凸台;108-按钮;109-指示灯;
20-左手抓握部;
201-导丝;202-第一直线导轨;203-第一电机支架;204-第一步进电机;205-主动齿轮;206-第二指片安装板;207-齿轮轴;208-从动齿轮;209-第一齿条;210-第一医用硅胶垫片;211-导管;212-抓握力传感器;213-第一指端限位架;214-第二齿条;215-第一指片安装板;216-第一电磁铁;217-第一行程开关;218-左手手指连接件;219-第二铁片;
30-右手推送主动部;
301-主动板;302-连杆;303-锥齿轮组;304-第二步进电机;305-垫片;306-丝杠步进电机;307-第二电机支架;308-第一丝母;309-丝母支架;310-凸轮转轴;311-直角件;312-第三直线导轨;313-导轨支架;314-第一感应片;315-第一光电开关;316-直角固定板;317-第四直线导轨;318-第五直线导轨;319-第一推板;320-卡槽架;321-第六直线导轨;322-第一力反馈传感器;323-第二推板;324-第二感应片;325-容栅传感器;326-第二光电开关;327-第二直线导轨;328-第二医用硅胶垫片;329-第二指端限位架;330-第二电磁铁;331-第二行程开关;332-右手主动手指连接件;333-第三铁片;334-滑板;
40-右手旋捻被动部;
401-第三步进电机;402-第二丝母;403-第三电机支架;404-第七直线导轨;405-连接板;406-第八直线导轨;407-被动指板;408-第二力反馈传感器;409-直角连接件;410-第三医用硅胶垫片;411-指片安装架;412-第三指端限位架;413-第三电磁铁;414-第三行程开关;415-右手被动手指连接件;416-第四铁片;417-平行板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明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发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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,都属于本发明保护的范围。
参见附图1至附图14,本发明实施例公开了一种便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手,包括:连接部10、左手抓握部20、右手推送主动部30和右手旋捻被动部40;
连接部10包括顶面开口的壳体101,壳体101的底面并列开设有左手通过口105和右手通过口106;壳体101的外侧壁用于与机械手臂连接并接通电信号;
左手抓握部20安装在壳体101内部,且其用于抓握导管211的两个左手手指连接件218相对平行布置并伸出左手通过口105;两个左手手指连接件218通过电磁吸附与左手抓握部20的电磁吸附连接端可拆卸连接;两个左手手指连接件218能够在左手抓握部20的动力元件的驱动下做靠近和分离运动;
右手推送主动部30和右手旋捻被动部40配合安装在壳体101内部,右手推送主动部30的右手主动手指连接件332和右手旋捻被动部40的右手被动手指连接件415平行布置并伸出右手通过口106;右手主动手指连接件332和右手被动手指连接件415分别通过电磁吸附与右手推送主动部30和右手旋捻被动部40的电磁吸附连接端可拆卸连接;右手主动手指连接件332在右手推送主动部30的动力元件的驱动下能够配合右手被动手指连接件415实现对导丝201的夹持和输送动作;右手被动手指连接件415在右手旋捻被动部40的动力元件的驱动下能够配合右手主动手指连接件332实现对导丝201的旋捻动作。
参见附图2和附图3,连接部10还包括固定在壳体101外侧壁上的第一凸台103,以及对称位于第一凸台103两侧的两个第二凸台107;第一凸台103和第二凸台107用于与机械手臂的连接端插合连接;第一凸台103的端头固定有用于电信号连接电路板104;两个第二凸台107的端头固定有用于磁吸附的第一铁片102。
参见附图4至附图6,左手抓握部20还包括固定在壳体101内侧壁上的第一电机支架203,第一电机支架203与壳体101底面平行;第一直线导轨202固定在第一电机支架203朝向壳体101底面的一侧,且与壳体101连接第一电机支架203的侧壁平行;第一直线导轨202两端的两个滑块分别与第一齿条209和第二齿条214的端头固定,第一齿条209和第二齿条214均与第一直线导轨202平行,且间隔布置在第一直线导轨202两端的两个滑块之间;第一齿条209两侧均具有齿纹,且远离其固定端的一端固定有第一指片安装板215;第二齿条214与第一齿条209对应的一侧具有齿纹,且其固定端固定有第二指片安装板206;第二指片安装板206与第二齿条214的固定端的端头之间安装有抓握力传感器212;从动齿轮208通过齿轮轴207转动连接在第一直线导轨202的中部,且分别与第一齿条209和第二齿条214啮合;第一电机支架203朝向壳体101开口的一面固定有第一步进电机204,第一步进电机204的动力输出轴穿过第一电机支架203固定有与第一齿条209啮合的主动齿轮205,主动齿轮205和从动齿轮208位于第一齿条209的两侧;两个第一指端限位架213分别固定在第一指片安装板215和第二指片安装板206的表面;两个第一电磁铁216分别固定在第一指片安装板215和第二指片安装板206的表面,且位于两个第一指端限位架213内部;两个第一行程开关217分别固定在两个第一指端限位架213内侧;两个左手手指连接件218的连接端均固定有第二铁片219,且分别穿过两个第一指端限位架213,与两个第一电磁铁216吸附连接;两个左手手指连接件218的相对面上均固定有第一医用硅胶垫片210。
参见附图7至附图9,右手推送主动部30还包括固定在壳体101内侧壁上且与第一电机支架203相对的第二直线导轨327,第二直线导轨327与壳体101底面平行;壳体101位于第一电机支架203和第二直线导轨327之间的内侧壁上固定有与第二直线导轨327平行的第三直线导轨312;第二直线导轨327和第三直线导轨312分别与主动板301的两侧边沿滑动连接;壳体101开口边沿具有第二电机支架307,第二电机支架307上固定有丝杠步进电机306;丝杠步进电机306与主动板301沿第二直线导轨327的方向滑动连接,丝杠步进电机306的丝杠上螺纹连接有第一丝母308,第一丝母308通过丝母支架309固定在主动板301上;主动板301具有丝杠步进电机306的一面固定有配合垫片305的第二步进电机304;第二步进电机304的动力输出轴穿过主动板301连接有锥齿轮组303;锥齿轮组303与主动板301平行且与第二直线导轨327垂直的动力输出端连接有凸轮转轴310,凸轮转轴310远离锥齿轮组303的一端与固定在主动板301上的直角件311转动连接;锥齿轮组303与主动板301和第二直线导轨327均平行的动力输出端具有圆盘,圆盘的边沿转动连接有连杆302的端头;主动板301上沿凸轮转轴310的长度方向固定有第四直线导轨317,第四直线导轨317的滑块上固定有第一推板319;第一推板319朝向凸轮转轴310的边沿与连杆302的另一端头转动连接;第一推板319表面沿第二直线导轨327的方向固定有第五直线导轨318;第五直线导轨318的滑块上固定有第二推板323;第二推板323朝向凸轮转轴310的边沿与凸轮转轴310上的凸轮通过弹簧连接,弹簧端头与凸轮的边沿滑动连接;第二推板323远离凸轮转轴310的一端顶面固定有与第四直线导轨317平行的第六直线导轨321,第六直线导轨321的滑块上固定有卡槽架320;第一力反馈传感器322一端固定在第二推板323朝向凸轮转轴310的边沿,另一端穿过卡槽架320;卡槽架320的顶面固定有第二指端限位架329;第二电磁铁330固定在卡槽架320的表面,且位于第二指端限位架329内部;第二行程开关331固定在第二指端限位架329内侧;右手主动手指连接件332的连接端固定有第三铁片333,且穿过第二指端限位架329,与第二电磁铁330吸附连接。
为了进一步优化上述技术方案,壳体101位于第一电机支架203和第二直线导轨327之间的内侧壁上固定有直角固定板316;第三直线导轨312的滑块与直角固定板316固定,第三直线导轨312通过导轨支架313与主动板301的边沿固定连接;导轨支架313固定有第一感应片314;直角固定板316上固定有与第一感应片314对应的第一光电开关315。
为了进一步优化上述技术方案,第一推板319靠近第二直线导轨327的一端表面固定有容栅传感器325,另一面固定有直角结构的第二感应片324;主动板301靠近第二直线导轨327的一端表面固定有第二光电开关326,第二感应片324的端头伸入第二光电开关326的感应槽内。
参见附图10至附图12,右手旋捻被动部40还包括固定在壳体101内侧壁上的第三电机支架403,第三电机支架403与主动板301的移动方向对应布置;第三步进电机401固定在第三电机支架403朝向壳体101底面的一侧,且其具有螺纹的动力输出轴穿过第三电机支架403,并螺纹连接有第二丝母402;壳体101安装有第三电机支架403的内侧壁上固定有第七直线导轨404,第七直线导轨404的布置方向与第三步进电机401的动力输出轴方向相同;第七直线导轨404的滑块和第二丝母402之间固定有直角连接件409;直角连接件409背向第七直线导轨404的一面固定有第二力反馈传感器408;第二力反馈传感器408上固定有连接板405;连接板405朝向第三步进电机401的一面固定有第八直线导轨406,第八直线导轨406的布置方向与壳体101具有第三电机支架403的一面平行;第八直线导轨406的滑块与被动指板407固定;被动指板407上固定有指片安装架411;指片安装架411上固定有第三指端限位架412;第三电磁铁413固定在指片安装架411的表面,且位于第三指端限位架412内部;第三行程开关414固定在第三指端限位架412内侧;右手被动手指连接件415的连接端固定有第四铁片416,且穿过第三指端限位架412,与第三电磁铁413吸附连接。
为了进一步优化上述技术方案,第一推板319朝向右手主动手指连接件332的边沿具有滑板334;被动指板407的端头具有两块平行板417组成的滑槽;滑板334滑动连接在滑槽内,且滑板334能够沿着第七直线导轨404的方向和第二直线导轨327的方向在滑槽内滑动。
为了进一步优化上述技术方案,壳体101的外侧壁上具有按钮108,按钮108用于控制第一电磁铁216、第二电磁铁330和第三电磁铁413的得电和失电;壳体101的外侧壁上具有四个指示灯109;四个指示灯109分别用于与第一行程开关217、第二行程开关331和第三行程开关414电性连接,用于显示左手手指连接件218、右手主动手指连接件332和右手被动手指连接件415是否安装到位。
为了进一步优化上述技术方案,右手主动手指连接件332和右手被动手指连接件415的相对面分别固定有第二医用硅胶垫片328和第三医用硅胶垫片410。
从附图1至附图14中可以看出,便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手可以看做是医生的双手,相互配合来完成介入造影手术的操作。在实际手术中,医生的左手用来抓握外鞘或导管尾端,用来固定辅助穿入导丝导管;医生的右手用来推送和旋捻导丝或导管。所以本发明根据仿生学,也有和医生类似的结构,同样设置了左手:即左手抓握部20和右手:即右手推送主动部30、右手旋捻被动部40。它们在实际手术中,和医生执行相同的动作。配合介入造影手术仿生机器人手臂,可以灵活的移动到导管床的任意位置,来实现整个手术过程。整个装置采用了便携式安装拆卸机构,可以将抓手在无工具的情况下,快速的在机械手臂上进行安装和拆除,大大方便了临床使用。
本发明配置有可灵活拆卸的一次性用的无菌抓手手指,进行手术时,把手指插入到抓手对应位置;手术结束后,把手指拔出;每次手术都换一套新的手指,保证手术的无菌环境。
本发明解决了现有介入造影手术中的吃线问题,减少医生对X射线的摄入量,介入手术机器人不能同时推进和旋转导管或导丝,对导丝或导管的轴向摩擦力受力检测的不足,解决受力检测装置难以安装、不能满足临床需要、实际手术中的机器人结构较为复杂、体积过大不适用于实际手术环境等问题,为机器人可以模拟医生双手交替操作提供了帮助。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手,其特征在于,包括:连接部(10)、左手抓握部(20)、右手推送主动部(30)和右手旋捻被动部(40);
所述连接部(10)包括顶面开口的壳体(101),所述壳体(101)的底面并列开设有左手通过口(105)和右手通过口(106);所述壳体(101)的外侧壁用于与机械手臂连接并接通电信号;
所述左手抓握部(20)安装在所述壳体(101)内部,且其用于抓握导管(211)的两个左手手指连接件(218)相对平行布置并伸出所述左手通过口(105);两个所述左手手指连接件(218)通过电磁吸附与所述左手抓握部(20)的电磁吸附连接端可拆卸连接;两个所述左手手指连接件(218)能够在所述左手抓握部(20)的动力元件的驱动下做靠近和分离运动;所述左手抓握部(20)还包括固定在所述壳体(101)内侧壁上的第一电机支架(203),所述第一电机支架(203)与所述壳体(101)底面平行;第一直线导轨(202)固定在所述第一电机支架(203)朝向所述壳体(101)底面的一侧,且与所述壳体(101)连接所述第一电机支架(203)的侧壁平行;所述第一直线导轨(202)两端的两个滑块分别与第一齿条(209)和第二齿条(214)的端头固定,所述第一齿条(209)和第二齿条(214)均与所述第一直线导轨(202)平行,且间隔布置在所述第一直线导轨(202)两端的两个滑块之间;所述第一齿条(209)两侧均具有齿纹,且远离其固定端的一端固定有第一指片安装板(215);所述第二齿条(214)与所述第一齿条(209)对应的一侧具有齿纹,且其固定端固定有第二指片安装板(206);所述第二指片安装板(206)与所述第二齿条(214)的固定端的端头之间安装有抓握力传感器(212);从动齿轮(208)通过齿轮轴(207)转动连接在所述第一直线导轨(202)的中部,且分别与所述第一齿条(209)和第二齿条(214)啮合;所述第一电机支架(203)朝向所述壳体(101)开口的一面固定有第一步进电机(204),所述第一步进电机(204)的动力输出轴穿过所述第一电机支架(203)固定有与所述第一齿条(209)啮合的主动齿轮(205),所述主动齿轮(205)和从动齿轮(208)位于所述第一齿条(209)的两侧;两个第一指端限位架(213)分别固定在所述第一指片安装板(215)和第二指片安装板(206)的表面;两个第一电磁铁(216)分别固定在所述第一指片安装板(215)和第二指片安装板(206)的表面,且位于两个所述第一指端限位架(213)内部;两个第一行程开关(217)分别固定在两个所述第一指端限位架(213)内侧;两个所述左手手指连接件(218)的连接端均固定有第二铁片(219),且分别穿过两个所述第一指端限位架(213),与两个所述第一电磁铁(216)吸附连接;两个所述左手手指连接件(218)的相对面上均固定有第一医用硅胶垫片(210);
所述右手推送主动部(30)和右手旋捻被动部(40)配合安装在所述壳体(101)内部,所述右手推送主动部(30)的右手主动手指连接件(332)和所述右手旋捻被动部(40)的右手被动手指连接件(415)平行布置并伸出所述右手通过口(106);所述右手主动手指连接件(332)和右手被动手指连接件(415)分别通过电磁吸附与所述右手推送主动部(30)和右手旋捻被动部(40)的电磁吸附连接端可拆卸连接;所述右手主动手指连接件(332)在所述右手推送主动部(30)的动力元件的驱动下能够配合所述右手被动手指连接件(415)实现对导丝(201)的夹持和输送动作;所述右手被动手指连接件(415)在所述右手旋捻被动部(40)的动力元件的驱动下能够配合所述右手主动手指连接件(332)实现对导丝(201)的旋捻动作。
2.根据权利要求1所述的一种便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手,其特征在于,所述连接部(10)还包括固定在所述壳体(101)外侧壁上的第一凸台(103),以及对称位于所述第一凸台(103)两侧的两个第二凸台(107);所述第一凸台(103)和第二凸台(107)用于与所述机械手臂的连接端插合连接;所述第一凸台(103)的端头固定有用于电信号连接电路板(104);两个所述第二凸台(107)的端头固定有用于磁吸附的第一铁片(102)。
3.根据权利要求1所述的一种便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手,其特征在于,所述右手推送主动部(30)还包括固定在所述壳体(101)内侧壁上且与所述第一电机支架(203)相对的第二直线导轨(327),所述第二直线导轨(327)与所述壳体(101)底面平行;所述壳体(101)位于所述第一电机支架(203)和第二直线导轨(327)之间的内侧壁上固定有与所述第二直线导轨(327)平行的第三直线导轨(312);所述第二直线导轨(327)和第三直线导轨(312)分别与主动板(301)的两侧边沿滑动连接;所述壳体(101)开口边沿具有第二电机支架(307),所述第二电机支架(307)上固定有丝杠步进电机(306);所述丝杠步进电机(306)与所述主动板(301)沿所述第二直线导轨(327)的方向滑动连接,所述丝杠步进电机(306)的丝杠上螺纹连接有第一丝母(308),所述第一丝母(308)通过丝母支架(309)固定在所述主动板(301)上;所述主动板(301)具有所述丝杠步进电机(306)的一面固定有配合垫片(305)的第二步进电机(304);所述第二步进电机(304)的动力输出轴穿过所述主动板(301)连接有锥齿轮组(303);所述锥齿轮组(303)与所述主动板(301)平行且与所述第二直线导轨(327)垂直的动力输出端连接有凸轮转轴(310),所述凸轮转轴(310)远离所述锥齿轮组(303)的一端与固定在所述主动板(301)上的直角件(311)转动连接;所述锥齿轮组(303)与所述主动板(301)和第二直线导轨(327)均平行的动力输出端具有圆盘,所述圆盘的边沿转动连接有连杆(302)的端头;所述主动板(301)上沿所述凸轮转轴(310)的长度方向固定有第四直线导轨(317),所述第四直线导轨(317)的滑块上固定有第一推板(319);所述第一推板(319)朝向所述凸轮转轴(310)的边沿与所述连杆(302)的另一端头转动连接;所述第一推板(319)表面沿所述第二直线导轨(327)的方向固定有第五直线导轨(318);所述第五直线导轨(318)的滑块上固定有第二推板(323);所述第二推板(323)朝向所述凸轮转轴(310)的边沿与所述凸轮转轴(310)上的凸轮通过弹簧连接,所述弹簧端头与所述凸轮的边沿滑动连接;所述第二推板(323)远离所述凸轮转轴(310)的一端顶面固定有与所述第四直线导轨(317)平行的第六直线导轨(321),所述第六直线导轨(321)的滑块上固定有卡槽架(320);第一力反馈传感器(322)一端固定在所述第二推板(323)朝向所述凸轮转轴(310)的边沿,另一端穿过所述卡槽架(320);所述卡槽架(320)的顶面固定有第二指端限位架(329);第二电磁铁(330)固定在所述卡槽架(320)的表面,且位于所述第二指端限位架(329)内部;第二行程开关(331)固定在所述第二指端限位架(329)内侧;所述右手主动手指连接件(332)的连接端固定有第三铁片(333),且穿过所述第二指端限位架(329),与所述第二电磁铁(330)吸附连接。
4.根据权利要求3所述的一种便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手,其特征在于,所述壳体(101)位于所述第一电机支架(203)和第二直线导轨(327)之间的内侧壁上固定有直角固定板(316);所述第三直线导轨(312)的滑块与所述直角固定板(316)固定,所述第三直线导轨(312)通过导轨支架(313)与所述主动板(301)的边沿固定连接;所述导轨支架(313)固定有第一感应片(314);所述直角固定板(316)上固定有与所述第一感应片(314)对应的第一光电开关(315)。
5.根据权利要求3所述的一种便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手,其特征在于,所述第一推板(319)靠近所述第二直线导轨(327)的一端表面固定有容栅传感器(325),另一面固定有直角结构的第二感应片(324);所述主动板(301)靠近所述第二直线导轨(327)的一端表面固定有第二光电开关(326),所述第二感应片(324)的端头伸入所述第二光电开关(326)的感应槽内。
6.根据权利要求3-5任一项所述的一种便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手,其特征在于,所述右手旋捻被动部(40)还包括固定在所述壳体(101)内侧壁上的第三电机支架(403),所述第三电机支架(403)与所述主动板(301)的移动方向对应布置;第三步进电机(401)固定在所述第三电机支架(403)朝向所述壳体(101)底面的一侧,且其具有螺纹的动力输出轴穿过所述第三电机支架(403),并螺纹连接有第二丝母(402);所述壳体(101)安装有所述第三电机支架(403)的内侧壁上固定有第七直线导轨(404),所述第七直线导轨(404)的布置方向与所述第三步进电机(401)的动力输出轴方向相同;所述第七直线导轨(404)的滑块和第二丝母(402)之间固定有直角连接件(409);所述直角连接件(409)背向所述第七直线导轨(404)的一面固定有第二力反馈传感器(408);所述第二力反馈传感器(408)上固定有连接板(405);所述连接板(405)朝向所述第三步进电机(401)的一面固定有第八直线导轨(406),所述第八直线导轨(406)的布置方向与所述壳体(101)具有所述第三电机支架(403)的一面平行;所述第八直线导轨(406)的滑块与被动指板(407)固定;所述被动指板(407)上固定有指片安装架(411);所述指片安装架(411)上固定有第三指端限位架(412);第三电磁铁(413)固定在所述指片安装架(411)的表面,且位于所述第三指端限位架(412)内部;第三行程开关(414)固定在所述第三指端限位架(412)内侧;所述右手被动手指连接件(415)的连接端固定有第四铁片(416),且穿过所述第三指端限位架(412),与所述第三电磁铁(413)吸附连接。
7.根据权利要求6所述的一种便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手,其特征在于,所述第一推板(319)朝向所述右手主动手指连接件(332)的边沿具有滑板(334);所述被动指板(407)的端头具有两块平行板(417)组成的滑槽;所述滑板(334)滑动连接在所述滑槽内,且所述滑板(334)能够沿着所述第七直线导轨(404)的方向和所述第二直线导轨(327)的方向在所述滑槽内滑动。
8.根据权利要求6所述的一种便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手,其特征在于,所述壳体(101)的外侧壁上具有按钮(108),所述按钮(108)用于控制所述第一电磁铁(216)、第二电磁铁(330)和第三电磁铁(413)的得电和失电;所述壳体(101)的外侧壁上具有四个指示灯(109);四个所述指示灯(109)分别用于与所述第一行程开关(217)、第二行程开关(331)和第三行程开关(414)电性连接,用于显示所述左手手指连接件(218)、右手主动手指连接件(332)和右手被动手指连接件(415)是否安装到位。
9.根据权利要求7或8所述的一种便捷消毒的介入造影手术仿生机器人抓手,其特征在于,所述右手主动手指连接件(332)和右手被动手指连接件(415)的相对面分别固定有第二医用硅胶垫片(328)和第三医用硅胶垫片(410)。
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