CN113208735A - 一种用于机械臂末端的柔性针穿刺机构 - Google Patents

一种用于机械臂末端的柔性针穿刺机构 Download PDF

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Abstract

本发明介绍了一种用于机械臂末端的柔性针穿刺机构，该机构安装在机械臂的末端，其组成包括底座、圆柱滑道、四个滑道支架、电机支架、x方向进给电机、x方向丝杠、x方向滑块、z方向滑台、滑道外壳、y方向滑道、穿刺进给电机、y方向丝杠、针座、柔性针、弹簧支撑机构、转向电机和圆柱外壳；通过x方向进给电机转动驱动柔性针在x方向上的移动，通过z方向进给电机驱动柔性针在z方向上的位置，二者相结合实现柔性针在xoz平面内精准到达入针点位置；进给电机旋转驱动柔性针进行穿刺，在穿刺过程中，弹簧支撑机构压缩，并始终支撑柔性针，防止柔性针发生翘曲；针座上的转向电机与柔性针相连，实现柔性针在穿刺过程中的自转。

Description

一种用于机械臂末端的柔性针穿刺机构
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，具体是一种可以安装在机械臂末端的柔性针穿刺机构。
背景技术
微创介入治疗技术是近年来迅速发展起来的一门新的医疗技术，被广泛应用于活体组织病理检查、局部组织和器官药物定向投送和手术等。微创医疗将成为未来外科临床医学发展的必然趋势。斜尖柔性针相对于组织具有足够的柔性，利用进针时斜尖与组织的侧向作用力使针轴产生弯曲，可以刺出弧线轨迹。并且利用针的柔性弯曲来避开神经、血管等重要器官和骨骼等障碍物，灵活、精确地达到传统钢针所达不到的靶点位置。在穿刺过程中，在体外由于柔性针柔性的作用下，针体容易发生弯曲，进而对针的穿刺精度造成影响。
发明内容
本发明的目的在于将柔性针穿刺机构与机械臂相结合，利用机械臂灵活的特性，实现快速位置调整，并且通过机械臂的关节实现调整入针角度；在机械臂调整好入针角度后，通过本发明中的微调机构精确调整柔性针入针位置，同时穿刺机构中有可以防止柔性针在穿刺过程中针轴发生翘曲的机构，避免影响针穿刺时的精度。
一种用于机械臂末端的柔性针穿刺机构，其组成主要包括入针点微调机构和柔性针进给机构两部分；其中入针点微调机构用于精确调整柔性针入针点位置，柔性针进给机构实现柔性针穿刺进给功能。
作为优选，本专利整体通过底座安装在机械臂末端，光杠一的两端通过光杠支架一、光杠支架二和螺钉固定安装在底座的上端；同样光杠二的两端通过光杠支架三、光杠支架四和螺钉固定安装在底座的下端，且光杠一和光杠二平行；x方向进给电机通过电机支架和螺钉固定安装在底座的中间位置，并且x方向进给电机通过联轴器与x方向螺纹杆连接；x方向滑块的两端带有光孔且中间带有一个螺纹孔，x方向滑块的两端的光孔分别与光杠一和光杠二滑动配合，同时x方向滑块中间的螺纹孔安装在x方向螺纹杆上，并实现螺纹传动；通过x方向进给电机旋转带动x方向丝杠旋转，进而带动x方向滑块沿着光杠一和光杠二在x方向运动，进而实现柔性针在x方向的位置调整；z方向滑台通过螺钉安装在滑x方向滑块上，柔性针进给机构通过螺钉安装在z方向滑台上的z方向滑块上，通过z方向滑台上的z方向进给电机带动z方向滑台上的z方向螺纹杆旋转，实现柔性针进给机构在z方向上的平行移动；进而实现柔性针在xoy平面内的位置调整，使柔性针精确到达入针点位置。
作为优选，柔性针进给机构由滑道外壳、y方向滑道、穿刺进给电机、y方向丝杠、针座、柔性针、弹簧支撑机构、转向电机和圆柱外壳组成；滑道外壳通过螺钉固定安装在z方向滑台上的z方向滑块上；穿刺进给电机安装在滑道外壳上且与y方向丝杠通过联轴器相连；针座中间带有螺纹孔且两端带有与滑道配合的凹槽，针座安装在y方向丝杠上，并实现螺纹传动，同时针座与y方向滑道相配合；通过穿刺进给电机带动z方向丝杠旋转，使针座沿着y方向滑道做进给运动，进而带动柔性针实现穿刺运动；转向电机通过螺钉安装在针座上，与柔性针固定连接；弹簧支撑机构一端固定在针座上，另一端与圆柱外壳相连接，柔性针在弹簧支撑机构的中心穿过，圆柱外壳通过螺钉安装在滑道外壳上，同时起到限制弹簧支撑机构的作用；转向电机安装在针座上，且与柔性针通过夹紧机构相连；斜尖柔性针在人体内的转向通过针轴自转实现，通过转向电机转动带动柔性针自转，实现柔性针在穿刺过程中的转向；在穿刺过程中，圆柱外壳内的弹簧支撑机构压缩，既实现在柔性针穿刺过程中起到支撑柔性针，防止柔性针发生翘曲，又不影响穿刺过程的实现。
本发明的增益效果1.将柔性针穿刺机构安装在机械臂上，省略了额外的穿刺机构支架，并且可以充分利用机械臂的灵活性，快速调整穿刺位置，同时，通过机械臂的关节调整出柔性针的穿刺角度。2.本发明中的微调机构可以实现在调整好入针角度后的精确位置调整，避免由于患者移动而造成穿刺误差。3.柔性针穿刺机构中的弹簧支撑机构可以实现在柔性针的穿刺过程中，防止柔性针发生翘曲，造成穿刺误差。
附图说明
图1为一种用于机械臂末端的柔性针穿刺机构的整体图；
图2为柔性针微调机构整体图；
图3为柔性针进给机构的爆炸图；
图4为柔性针进给机构的安装图；
图5为y方向滑道零件图；
图6为针座零件图；
图中：底座（1）、光杠一（2）、光杠二（3）、光杠支架一（4）、光杠支架二（5）、光杠支架三（6）、光杠支架四（7）、电机支架（9）、x方向进给电机（10）、x方向丝杠（8）、x方向滑块（11）、z方向滑台（14）、滑道外壳（16）、y方向滑道（18）、穿刺进给电机（17）、y方向丝杠（19）、针座（20）、柔性针（22）、弹簧支撑机构（23）、转向电机（21）、圆柱外壳（24）
具体实施方式：
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
具体实施方式一：
参见图1，一种用于机械臂末端的柔性针穿刺机构，其组成包括入针点微调机构和柔性针进给机构两部分；其中入针点微调机构用于精确调整柔性针入针点位置，柔性针穿刺机构实现驱动柔性针刺入人体的功能。
进一步的，一种用于机械臂末端的穿刺机构中的入针点微调机构由底座（1）、光杠一（2）、光杠二（3）、光杠支架一（4）、光杠支架二（5）、光杠支架三（6）、光杠支架四（7）、电机支架（9）、x方向进给电机（10）、x方向丝杠（8）、x方向滑块（11）、z方向滑台（14）组成；机构整体通过底座（1）安装在机械臂末端，光杠一（2）通过光杠支架一（4）、光杠支架二（5）和螺钉固定安装在底座（1）的上端；光杠二（2）通过光杠支架三（6）、光杠支架四（7）和螺钉固定安装在底座（1）的下端，且光杠一（2）和光杠二（3）平行；x方向进给电机（10）通过电机支架（9）和螺钉固定安装在底座（1）的中间位置，并且x方向进给电机（10）通过联轴器与x方向螺纹杆（8）连接；x方向滑块（14）的两端带有光孔且中间带有一个螺纹孔，x方向滑块（14）的两端的光孔分别与光杠一（2）和光杠二（3）滑动配合，同时x方向滑块（14）中间的螺纹孔安装在x方向螺纹杆（8）上，并实现螺纹传动；通过x方向进给电机（10）带动x方向丝杠（8）旋转，使x方向滑块（11）沿着光杠一（2）和光杠二在x方向平行移动，进而实现柔性针在x方向的位置调整；z方向滑台（14）通过螺钉安装在滑x方向滑块（11）上，柔性针进给机构通过螺钉安装在z方向滑台（14）上的z方向滑块（15）上，通过z方向滑台（14）上的z方向进给电机（12）带动z方向滑台上（14）的z方向螺纹杆（13）旋转，实现柔性针进给机构在z方向上的平行移动；进而实现柔性针（22）在xoy平面内的位置调整，使柔性针（22）精确到达入针点位置。
进一步的，一种用于机械臂末端的穿刺机构中的柔性针进给机构由由滑道外壳（16）、y方向滑道（18）、穿刺进给电机（17）、y方向丝杠（19）、针座（20）、柔性针（22）、弹簧支撑机构（23）、转向电机（21）和圆柱外壳（24）组成；滑道外壳（16）通过螺钉固定安装在z方向滑台（14）上的z方向滑块（15）上；穿刺进给电机（17）安装在滑道外壳（16）上且与y方向丝杠（19）通过联轴器相连；针座（20）中间带有螺纹孔且两端带有与滑道配合的凹槽，针座（20）安装在y方向丝杠（19）上，并实现螺纹传动，同时针座（20）与y方向滑道（18）相配合；通过穿刺进给电机（17）带动z方向丝杠（19）旋转，使针座（20）沿着y方向滑道（18）做进给运动，进而带动柔性针（22）实现穿刺运动；转向电机（21）通过螺钉安装在针座（20）上，与柔性针（22）固定连接；弹簧支撑机构（23）一端固定在针座（20）上，另一端与圆柱外壳（24）相连接，柔性针（22）在弹簧支撑机构（23）的中心穿过，圆柱外壳（24）通过螺钉安装在滑道外壳（16）上，同时起到限制弹簧支撑机构（23）的作用；转向电机（21）安装在针座（20）上，且与柔性针（22）通过夹紧机构相连；斜尖柔性针在人体内的转向通过针轴自转实现，通过转向电机（21）转动带动柔性针（22）自转，实现柔性针（22）在穿刺过程中的转向；在穿刺过程中，圆柱外壳（24）内的弹簧支撑机构（23）压缩，既实现在柔性针穿刺过程中起到支撑柔性针，防止柔性针发生翘曲，又不影响穿刺过程的实现；
具体实施方式二：
通过穿刺进给电机（17）反向旋转，使针座（20）沿着滑道做反方向进给运动，持续这一运动直至柔性针（22）完全退出人体。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种用于机械臂末端的柔性针穿刺机构，其组成包括入针点微调机构和柔性针进给机构；其特征在于，入针点微调机构由底座（1）、光杠一（2）、光杠二（3）、光杠支架一（4）、光杠支架二（5）、光杠支架三（6）、光杠支架四（7）、电机支架（9）、x方向进给电机（10）、x方向丝杠（8）、x方向滑块（11）、z方向滑台（14）组成；机构整体通过底座（1）安装在机械臂末端，光杠一（2）通过光杠支架一（4）、光杠支架二（5）和螺钉固定安装在底座（1）的上端；光杠二（2）通过光杠支架三（6）、光杠支架四（7）和螺钉固定安装在底座（1）的下端，且光杠一（2）和光杠二（3）平行；x方向进给电机（10）通过电机支架（9）和螺钉固定安装在底座（1）的中间位置，并且x方向进给电机（10）通过联轴器与x方向螺纹杆（8）连接；x方向滑块（14）的两端带有光孔且中间带有一个螺纹孔，x方向滑块（14）的两端的光孔分别与光杠一（2）和光杠二（3）滑动配合，同时x方向滑块（14）中间的螺纹孔安装在x方向螺纹杆（8）上，并实现螺纹传动；通过x方向进给电机（10）带动x方向丝杠（8）旋转，使x方向滑块（11）沿着光杠一（2）和光杠二在x方向运动，进而实现柔性针在x方向的位置调整；z方向滑台（14）通过螺钉安装在滑x方向滑块（11）上，柔性针进给机构通过螺钉安装在z方向滑台（14）上的z方向滑块（15）上，通过z方向滑台（14）上的z方向进给电机（12）带动z方向滑台上（14）的z方向螺纹杆（13）旋转，实现柔性针进给机构在z方向上的平行移动；进而实现柔性针（22）在xoy平面内的位置调整，使柔性针（22）精确到达入针点位置。
2.根据权利要求1中所述的柔性针进给机构，其特征在于，所述的柔性针进给机构由滑道外壳（16）、y方向滑道（18）、穿刺进给电机（17）、y方向丝杠（19）、针座（20）、柔性针（22）、弹簧支撑机构（23）、转向电机（21）和圆柱外壳（24）组成；滑道外壳（16）通过螺钉固定安装在z方向滑台（14）上的z方向滑块（15）上；穿刺进给电机（17）安装在滑道外壳（16）上且与y方向丝杠（19）通过联轴器相连；针座（20）中间带有螺纹孔且两端带有与滑道配合的凹槽，针座（20）安装在y方向丝杠（19）上，并实现螺纹传动，同时针座（20）与y方向滑道（18）相配合；通过穿刺进给电机（17）带动z方向丝杠（19）旋转，使针座（20）沿着y方向滑道（18）做进给运动，进而带动柔性针（22）实现穿刺运动；转向电机（21）通过螺钉安装在针座（20）上，与柔性针（22）固定连接；弹簧支撑机构（23）一端固定在针座（20）上，另一端与圆柱外壳（24）相连接，柔性针（22）在弹簧支撑机构（23）的中心穿过，圆柱外壳（24）通过螺钉安装在滑道外壳（16）上，同时起到限制弹簧支撑机构（23）的作用；转向电机（21）安装在针座（20）上，且与柔性针（22）通过夹紧机构相连；斜尖柔性针在人体内的转向通过针轴自转实现，通过转向电机（21）转动带动柔性针（22）自转，实现柔性针（22）在穿刺过程中的转向；在穿刺过程中，圆柱外壳（24）内的弹簧支撑机构（23）压缩，既实现在柔性针穿刺过程中起到支撑柔性针，防止柔性针发生翘曲，又不影响穿刺过程的实现。
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