CN112386279A - 一种用于超声机器人的被动柔性末端装置 - Google Patents

一种用于超声机器人的被动柔性末端装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于超声机器人的被动柔性末端装置，包括柔性连接件和夹持基座，柔性连接件的一端与超声检测机器人的机械臂末端固定，另一端与夹持基座的一端固定，夹持基座的另一端设置有超声探头和夹紧机构，夹紧机构用于锁紧超声探头，超声探头的一端设在夹持基座内，另一端设置有声透器，夹紧机构包括锁紧杆和锁紧块，锁紧块设在夹持基座内，锁紧块的内侧面压紧超声探头，锁紧块的外侧面设有穿设夹持基座的导向柱，锁紧杆的一端穿进夹持基座且与锁紧块固定，另一端设有锁紧旋钮。本发明的目的是提供一种用于超声机器人的被动柔性末端装置，可以提供轴向和径向柔顺性，保证良好的接触力和柔顺性。

Description

一种用于超声机器人的被动柔性末端装置
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种用于超声机器人的被动柔性末端装置。
背景技术
医疗领域的超声检测技术作为一种无放射性损伤的检测方式，由于诊断快速性、设备便携性和检测灵活性，而成为一种重要的医学检测手段。传统的人工检测方式会对医生造成重复性劳力损伤，成像质量依赖于医生的工作经验和操作手法，医生与患者难以突破空间的限制，而采用超声检测机器人替代人工进行检测可有效规避这些问题。在检测过程中，超声探头和患者身体的接触过程显得尤为重要，若接触力不足，可能导致图像质量低；若接触力过大，则容易对患者造成伤害。常用的解决方法包括力控算法和机械柔性装置，在机械臂末端安装机械柔性装置，可以保证接触力变化较为稳定。但是常用的柔性装置多采用橡胶金属层叠杆件材料，其加工难度大、橡胶层易撕裂和破坏，且柔性较低；若单纯采用力控算法，则缺少柔性装置将使滤波难度增大，同时电子系统或软件潜在的故障因素是一个较大的安全隐患。
发明内容
根据现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于超声机器人的被动柔性末端装置，可以提供轴向和径向柔顺性，保证良好的接触力和柔顺性。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种用于超声机器人的被动柔性末端装置，包括柔性连接件和夹持基座，所述柔性连接件的一端与超声检测机器人的机械臂末端固定，另一端与所述夹持基座的一端固定，所述夹持基座的另一端设置有超声探头和夹紧机构，所述夹紧机构用于锁紧所述超声探头，所述超声探头的一端设在所述夹持基座内，另一端设置有声透器，所述夹紧机构包括锁紧杆和锁紧块，所述锁紧块设在所述夹持基座内，所述锁紧块的内侧面压紧所述超声探头，所述锁紧块的外侧面设有穿设所述夹持基座的导向柱，所述锁紧杆的一端穿进所述夹持基座且与所述锁紧块固定，另一端设有锁紧旋钮。
进一步地，所述柔性连接件包括安装基座、柔性罩和连接基座，所述安装基座与超声检测机器人的机械臂末端固定，所述连接基座与所述夹持基座固定，所述柔性罩的两端分别与所述安装基座和所述连接基座固定，所述安装基座和所述连接基座间设有压缩弹簧。
进一步地，所述柔性罩为波纹管。
进一步地，所述柔性罩的材料为硅胶、TPE、TPU或TVC。
进一步地，所述连接基座为环状结构，所述连接基座上设有多个第一连接孔，所述夹持基座上设有多排第二连接孔，所述连接基座通过多个穿设所述第一连接孔和所述第二连接孔的螺栓与所述夹持基座固定连接。
进一步地，所述安装基座为法兰盘，所述安装基座上设有多个第三连接孔，所述安装基座通过多个穿设所述第三连接孔的螺栓与超声检测机器人的机械臂末端固定。
进一步地，所述锁紧杆与所述夹持基座螺纹连接。
进一步地，所述锁紧块的内侧面设有多个固定块，所述固定块为软质材料制成，所述固定块表面设置有摩擦纹理，相应的，所述超声探头的外壳为软质材料制成，所述超声探头的外壳表面设置有摩擦纹理。
进一步地，所述夹持基座为一端开口的腔体结构，多个所述夹紧机构均匀排布在所述夹持基座上。
一种被动柔性末端装置，包括柔性连接件和夹持基座，所述柔性连接件包括安装基座、柔性罩和连接基座，所述安装基座与超声检测机器人的机械臂末端固定，所述连接基座与所述夹持基座固定，所述柔性罩的两端分别与所述安装基座和所述连接基座固定，所述安装基座和所述连接基座间设有压缩弹簧，所述夹持基座的另一端设置有夹紧机构，所述夹紧机构包括锁紧杆和锁紧块，所述锁紧块设在所述夹持基座内，所述锁紧块的外侧面设有穿设所述夹持基座的导向柱，所述锁紧杆的一端穿进所述夹持基座且与所述锁紧块固定，另一端设有锁紧旋钮。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
1.本发明所述的一种用于超声机器人的被动柔性末端装置，整个装置的柔性主要由柔性罩和压缩弹簧提供，所以通过更换不同的零件可以非常方便地调节柔顺性能。
2.本发明所述的一种用于超声机器人的被动柔性末端装置，加工制造方式简单，结构也较为简单，可扩展性高。
3.本发明所述的一种用于超声机器人的被动柔性末端装置，整体结构较为紧凑，在保证与超声探头和超声检测机器人的机械臂末端稳固连接的同时，提供了被动柔性，使得探头和患者的接触过程柔和且平缓，保障超声检测装置的图像检测过程。
4.本发明所述的一种用于超声机器人的被动柔性末端装置，一方面弥补了传统的橡胶金属柔性装置加工难度大、橡胶层易撕裂和破坏，且柔性较低的缺陷，另一方面可以与力控算法相结合，保证超声检测过程的安全高效。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明夹持基座和夹紧机构连接的结构示意图。
图3为本发明夹紧机构的结构示意图。
图4为本发明柔性连接件的内部结构示意图。
图5为本发明的爆炸图。
其中：1、柔性连接件；11、连接基座；111、第一连接孔；12、柔性罩；13、安装基座；131、第三连接孔；14、压缩弹簧；2、夹持基座；21、第二连接孔；3、超声探头；4、夹紧机构；41、锁紧杆；42、锁紧块；421、导向柱；422、固定块；43、锁紧旋钮。
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
一种用于超声机器人的被动柔性末端装置，参照图1-图5所示，包括柔性连接件1和夹持基座2，柔性连接件1的一端与超声检测机器人的机械臂末端固定，另一端与夹持基座2的一端固定，夹持基座2的另一端设置有超声探头3和夹紧机构4，夹紧机构4用于锁紧超声探头3，超声探头3的一端设在夹持基座2内，另一端设置有声透器，夹紧机构4包括锁紧杆41和锁紧块42，锁紧块42设在夹持基座2内，锁紧块42的内侧面压紧超声探头3，锁紧块42的外侧面设有穿设夹持基座的导向柱421，锁紧杆41的一端穿进夹持基座2且与锁紧块42固定，另一端设有锁紧旋钮43。
在传统的超声检测机器人中，通过橡胶和金属结构装配，提供柔顺性，但橡胶金属结构加工难度大，橡胶层易撕裂和破坏，柔性较低，本申请通过设置柔性连接件1，可以提供轴向和径向柔顺性。
具体地，参照图4和图5所示，柔性连接件1包括安装基座13、柔性罩12和连接基座11，安装基座13与超声检测机器人的机械臂末端固定，连接基座11与夹持基座2固定，柔性罩12的两端分别与安装基座13和连接基座11固定，柔性罩12为可拉伸结构，安装基座13和连接基座11间设有压缩弹簧14。通过压缩弹簧14提供主要的轴向压缩柔性，柔性罩12提供部分轴向柔性，另一方面由柔性罩12提供水平方向上的柔性。因此，超声探头3可以始终保持与人体皮肤的接触，同时设置声透器的一端可摆动为适应其运动方向的姿态，保证运动中的探头不会挤压患者皮肤。
优选地，柔性罩12为波纹管。因为波纹管具有轴向拉伸和压缩的功能，两端面可在切向面平移的特性，因此柔性罩12具有较好的柔顺性，搭配不同弹性的材料可以满足不同场景下超声检测机器人的工作需求。
柔性罩12的材料为硅胶、TPE、TPU或TVC。
连接基座11为环状结构，连接基座11上设有多个第一连接孔111，夹持基座2上设有多排第二连接孔21，连接基座11通过多个穿设第一连接孔111和第二连接孔21的螺栓与夹持基座2固定连接。使用过程中，由于各个病患的胖瘦程度不同，可以通过上下调节连接基座11的位置，使螺栓穿设第一连接孔111和不同排的第二连接孔21，进而调节超声探头3的位置，从而使超声探头3更加适应病患，进一步增加本装置的柔顺性。
安装基座13为法兰盘，安装基座13上设有多个第三连接孔131，安装基座13通过多个穿设第三连接孔131的螺栓与超声检测机器人的机械臂末端固定。
本发明实施例中，安装基座13圆周上分布4个第三连接孔131，连接基座11为圆柱套筒结构，连接基座11周向均匀分布有6个第一连接孔111。
参照图1、图2和图4所示，锁紧杆41与夹持基座2螺纹连接。锁紧旋钮43可以套设在锁紧杆41上，通过转动锁紧旋钮43进而转动锁紧杆41，从而调整锁紧块42的位置，使锁紧块42压紧超声探头3。具体地，锁紧杆41上设有外螺纹，夹持基座2上设有与外螺纹配合的螺纹孔，螺纹孔和锁紧杆41上的外螺纹的螺纹升角为4度到9度，通过选用较小的螺纹升角可使整个夹持机构具有一定的自锁功能，以确保能够稳定可靠地夹持超声探头3。
优选地，夹持基座2为一端开口的腔体结构，多个夹紧机构4均匀排布在夹持基座2上。以提升夹紧机构4的夹紧效果，防止超声探头3掉落。
本申请实施例中，夹持基座2为门型结构，两个夹紧机构4对称分布在夹持基座2上。
为了进一步增加夹紧效果，锁紧块42的内侧面为设有凹槽的圆弧面，锁紧块42的内侧面设有多个固定块422，固定块422为软质材料制成，例如硅胶，固定块422表面设置有摩擦纹理，相应的，超声探头3的外壳为软质材料制成，超声探头3的外壳表面设置有摩擦纹理。通过设置摩擦纹理，可以增大摩擦力，进一步提升夹紧机构4的夹紧效果，防止超声探头3掉落。另外，通过将超声探头3的外壳设置成软质材料，可以使本装置柔顺性增强，更适应人体。
本申请中，锁紧块42的外侧面设有多个导向柱421，通过设置导向柱421，保证锁紧块42的运动方向固定。
夹持基座2上设有走线槽，用于放置超声探头3的数据总线。超声探头3尾部的数据总线可以从走线槽内引出，接入超声成像仪器内。
工作中，当被动柔性装置带动超声探头3在人体皮肤表面运动时，一方面由压缩弹簧14提供主要的轴向压缩柔性，柔性罩12提供部分轴向柔性，另一方面由柔性罩12提供水平方向上的柔性。因此，超声探头3可以始终保持与人体皮肤的接触，同时末端可摆动为适应其运动方向的姿态，保证运动中的探头不会挤压患者皮肤。当检测过程中偏移完成后，柔性罩12和压缩弹簧14可由于自身的弹性作用恢复至初始运动状态。
另外，本申请可以在超声检测机器人的控制中引入力控算法，本申请中提供的被动柔性末端装置可以与引入力控算法的超声检测机器人配合，可以保证末端采集的压力信号不出现大幅度的波动，从而减轻了滤波的工作，并且弥补运动中电子系统或软件潜在的故障问题。
一种被动柔性末端装置，包括柔性连接件1和夹持基座2，柔性连接件1包括安装基座13、柔性罩12和连接基座11，安装基座13与超声检测机器人的机械臂末端固定，连接基座11与夹持基座2固定，柔性罩12的两端分别与安装基座13和连接基座11固定，安装基座13和连接基座11间设有压缩弹簧14，夹持基座2的另一端设置有夹紧机构4，夹紧机构4包括锁紧杆41和锁紧块42，锁紧块42设在夹持基座2内，锁紧块42的外侧面设有穿设夹持基座2的导向柱，锁紧杆的一端穿进夹持基座2且与锁紧块42固定，另一端设有锁紧旋钮43。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于超声机器人的被动柔性末端装置，其特征在于：包括柔性连接件和夹持基座，所述柔性连接件的一端与超声检测机器人的机械臂末端固定，另一端与所述夹持基座的一端固定，所述夹持基座的另一端设置有超声探头和夹紧机构，所述夹紧机构用于锁紧所述超声探头，所述超声探头的一端设在所述夹持基座内，另一端设置有声透器，所述夹紧机构包括锁紧杆和锁紧块，所述锁紧块设在所述夹持基座内，所述锁紧块的内侧面压紧所述超声探头，所述锁紧块的外侧面设有穿设所述夹持基座的导向柱，所述锁紧杆的一端穿进所述夹持基座且与所述锁紧块固定，另一端设有锁紧旋钮。
2.根据权利要求1所述的用于超声机器人的被动柔性末端装置，其特征在于：所述柔性连接件包括安装基座、柔性罩和连接基座，所述安装基座与超声检测机器人的机械臂末端固定，所述连接基座与所述夹持基座固定，所述柔性罩的两端分别与所述安装基座和所述连接基座固定，所述安装基座和所述连接基座间设有压缩弹簧。
3.根据权利要求2所述的用于超声机器人的被动柔性末端装置，其特征在于：所述柔性罩为波纹管。
4.根据权利要求3所述的用于超声机器人的被动柔性末端装置，其特征在于：所述柔性罩的材料为硅胶、TPE、TPU或TVC。
5.根据权利要求2所述的用于超声机器人的被动柔性末端装置，其特征在于：所述连接基座为环状结构，所述连接基座上设有多个第一连接孔，所述夹持基座上设有多排第二连接孔，所述连接基座通过多个穿设所述第一连接孔和所述第二连接孔的螺栓与所述夹持基座固定连接。
6.根据权利要求2所述的用于超声机器人的被动柔性末端装置，其特征在于：所述安装基座为法兰盘，所述安装基座上设有多个第三连接孔，所述安装基座通过多个穿设所述第三连接孔的螺栓与超声检测机器人的机械臂末端固定。
7.根据权利要求1所述的用于超声机器人的被动柔性末端装置，其特征在于：所述锁紧杆与所述夹持基座螺纹连接。
8.根据权利要求1所述的用于超声机器人的被动柔性末端装置，其特征在于：所述锁紧块的内侧面设有多个固定块，所述固定块为软质材料制成，所述固定块表面设置有摩擦纹理，相应的，所述超声探头的外壳为软质材料制成，所述超声探头的外壳表面设置有摩擦纹理。
9.根据权利要求1所述的用于超声机器人的被动柔性末端装置，其特征在于：所述夹持基座为一端开口的腔体结构，多个所述夹紧机构均匀排布在所述夹持基座上。
10.一种被动柔性末端装置，其特征在于：包括柔性连接件和夹持基座，所述柔性连接件包括安装基座、柔性罩和连接基座，所述安装基座与超声检测机器人的机械臂末端固定，所述连接基座与所述夹持基座固定，所述柔性罩的两端分别与所述安装基座和所述连接基座固定，所述安装基座和所述连接基座间设有压缩弹簧，所述夹持基座的另一端设置有夹紧机构，所述夹紧机构包括锁紧杆和锁紧块，所述锁紧块设在所述夹持基座内，所述锁紧块的外侧面设有穿设所述夹持基座的导向柱，所述锁紧杆的一端穿进所述夹持基座且与所述锁紧块固定，另一端设有锁紧旋钮。
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