CN113749741A - 一种弹夹式可自动连续换针的柔性针穿刺装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弹夹式可自动连续换针的柔性针穿刺装置，属于医疗器械领域，夹紧机构通过控制步进电机一和步进电机二的联合运动来实现夹紧机构内三爪夹头的张开与夹紧，从而可以实现在手术过程中柔性针的自动夹紧，柔性针进退机构通过利用压力差的原理控制柔性针在弹夹式柔性针仓内的进给和退回，空心轴电机用于控制针体自转实现穿刺进给过程中的避障动作，该发明所涉及的一种弹夹式可自动连续换针的柔性针穿刺装置可以携带十根柔性针并在手术中实现自动更换和夹紧柔性针，相对于传统的柔性针穿刺装置，该装置可以减少了传统手术中需要手动更换柔性针的时间，避免重新对穿刺平台进行重新定位，减少了医生的负担，提高了手术效率和安全性。

Description

一种弹夹式可自动连续换针的柔性针穿刺装置

技术领域

本发明涉及一种医疗器械，尤其是一种弹夹式可自动连续换针的柔性针穿刺装置。

背景技术

微创介入医疗是近年来迅速发展起来的一门崭新的医疗技术，是介于外科、内科之间的新兴医疗方法。柔性针能够克服传统刚性针只能穿刺直线路径和难于修正穿刺偏差的弊端，利用自身的柔性弯曲绕开骨骼、血管等障碍物，准确穿刺靶点。

在临床实际应用中，往往需要对病灶的多个靶点进行穿刺活检、送药等复杂的动作，从而需要医生在手术的过程中进行多次更换柔性针，这不仅会消耗大量的时间去进行换针操作，并且换针操作的精度也很难保证，不利于患者的术后恢复。

基于上述问题，本发明需要解决的问题为设计一款可搭载多根柔性针并可在术中自动更换柔性针的穿刺装置。弹夹式可自动连续换针的柔性针穿刺装置可以进行自动夹紧和换针动作，减少了传统手术中手动更换针芯的时间，提高了手术效率和操作精度，避免重新对穿刺平台进行重新定位，减少了医生的负担，避免医生因疲劳而产生的失误。

发明内容

针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种弹夹式可自动连续换针的柔性针穿刺装置，装置的整体动作能够利用柔性针上的橡胶塞两端压差的不同控制柔性针的进给与退回，并在穿刺活检手术中能够自动实现换针动作并自动对柔性针进行夹紧，整套的换针动作不需要人为干预，提高穿刺活检手术的效率，减少手术时间，推动微创医疗技术的发展。

本发明的技术方案为：

一种弹夹式可自动连续换针的柔性针穿刺装置，包括基座、轴承座一、丝杠一、轴承座二、联轴器一、电机座一、步进电机一、轴承座三、丝杠二、轴承座四、联轴器二、电机座二、步进电机二、支撑滑台、夹紧机构、电机驱动滑台、空心轴电机、柔性针、支撑套管、弹夹式柔性针仓、电机座三、步进电机三、联轴器三、提升齿轮、柔性针进退机构，其特征在于：基座前部居中设有门型支架，门型支架上部设有通孔，基座中间设有滑道，滑道横截面为长方形，基座后部设有弹夹仓，弹夹仓位于滑道的后部，滑道和弹夹仓沿门型支架的通孔轴线方向成直线排列，弹夹仓整体为方形槽形状，前端设有入针槽，后端设有进气槽，左侧设有齿条导轨槽，右侧设有支撑板，支撑板上端设有方孔隔板和圆孔隔板，弹夹仓左侧设有方台一，弹夹仓右侧设有方台二，方台二与弹夹仓之间设有间距，轴承座一通过螺钉固定在基座前端的左侧，轴承座二通过螺钉固定在基座左侧的中间位置，电机座一整体呈“L”型，通过螺钉固定在基座上，电机座一位于轴承座二后部，步进电机一通过螺栓螺母安装在电机座一上，丝杠一通过轴承支撑在轴承座一和轴承座二上，步进电机一通过联轴器一与丝杠一连接；轴承座三通过螺钉固定在基座前端的右侧，轴承座四通过螺钉固定在基座右侧的中间位置，电机座二整体呈“L”型，通过螺钉固定在基座上，电机座二位于轴承座四后部，步进电机二通过螺栓螺母安装在电机座二上，丝杠二通过轴承支撑在轴承座三和轴承座四上，步进电机二通过联轴器二与丝杠二连接；支撑滑台一侧设有螺纹孔一，下部设有滑槽一，滑槽一呈“U”型，支撑滑台上部设有圆筒，圆筒为“圆柱缸”型，缸底一端中心设有通孔，圆筒上的通孔和门型支架上的通孔处于同一轴线，螺纹孔一与丝杠二连接，支撑滑台通过滑槽一安装在滑道上，支撑套管为可伸缩套管，支撑套管的一端固定在门型支架的通孔内，另一端固定在圆筒的通孔上；电机驱动滑台一侧设有螺纹孔二，下部设有滑槽二，滑槽二呈“U”型，螺纹孔二与丝杠一连接，电机驱动滑台通过滑槽二安装在滑道上，电机驱动滑台位于支撑滑台的后端，空心轴电机通过螺栓螺母固定在电机驱动滑台上；夹紧机构固定在空心轴电机的输出轴上，夹紧机构和支撑套管与空心轴电机的输出轴处于同一轴线；柔性针包括斜尖柔性针和橡胶塞，橡胶塞设有到个密封槽，橡胶塞安装在斜尖柔性针的末端，柔性针穿过空心轴电机通过夹紧机构进行夹紧，穿过支撑套管；空心轴电机通过夹紧机构带动柔性针转动，从而实现柔性针的自转；步进电机一通过联轴器一带动丝杠一转动，从而带动电机驱动滑台上的空心轴电机沿X轴方向运动；步进电机二通过联轴器二带动丝杠二转动，从而带动支撑滑台在滑道上沿X轴方向运动，支撑滑台的运动会带动支撑套管伸缩实现对柔性针的支撑。

作为优选，所述的夹紧机构包括三爪夹头、夹紧套、弹簧、挡圈，三爪夹头沿中心轴线设有通孔，前端设有沿圆周分布的3个夹爪，后端设有夹头杆，3个夹爪整体呈圆台型，相邻的夹爪之间设有等大的间隙，3个夹爪由夹头杆的一端开始向外延伸形成，3个夹爪能够朝向中心轴线聚合并拢或背离，夹紧套为内孔呈圆台型的套管，夹紧套安装在夹头杆的前端，夹紧套内圆直径比圆筒的内圆直径大2～3mm，夹紧套内圆直径比圆筒的外圆直径小，挡圈通过螺钉固定在夹头杆的后端，弹簧安装在夹头杆上，位于夹紧套和挡圈之间，实现夹紧套的复位，圆筒推动或离开夹紧套实现柔性针的松开或夹紧。

作为优选，所述的弹夹式柔性针仓内部中心设有10个针仓，一侧的中间位置设有齿条，针仓为通孔，针仓截面直径略小于橡胶塞横截面直径，柔性针放置在针仓内，可由橡胶塞两端产生的压力差在针仓内滑动，10个针仓结构完全一致且针仓之间设有相等的间距，10个针仓的轴线处于同一平面，弹夹式柔性针仓固定在弹夹仓内，弹夹式柔性针仓两端分别与入针槽和进气槽连接，齿条可在齿条导轨槽内滑动；电机座三通过螺钉固定在方台一上，步进电机三通过螺钉螺母安装在电机座三上，提升齿轮通过联轴器三与步进电机三相连，提升齿轮与齿条啮合；步进电机三通过联轴器三带动提升齿轮转动，提升齿轮与齿条啮合带动弹夹式柔性针仓在弹夹仓内沿Z轴方向上下运动，最终实现调换针仓的位置，更换后的针仓与空心轴电机的输入轴处于同一轴线。

作为优选，所述的柔性针进退机构包括电机座四、步进电机四、联轴器四、连杆、滑动推杆、推杆导轨、压缩气缸、导气管、弹簧、转换接头、橡胶管、电机座五、步进电机五、绕线盘，电机座四通过螺钉固定在弹夹仓后端，步进电机四通过螺钉螺母安装在电机座四上；连杆一端设有转轴一，另一端设有转轴二，转轴一通过联轴器四与步进电机四连接，滑动推杆一端设有条形孔，另一端设有压缩盘，中间设有滑杆，条形孔与转轴二滑动连接，压缩气缸固定在在基座上，位于方台二的后端，压缩气缸上端设有通孔，推杆导轨固定在基座上，位于弹夹仓的右侧，位于压缩气缸的后端，推杆导轨内设有通孔，滑杆安装在推杆导轨内的通孔里，压缩盘安装在压缩气缸内部，导气管为“U”型管，导气管的截面尺寸与针仓的截面尺寸相等，导气管一端的端部设有螺纹，中间部位设有长方体滑块，导气管带有螺纹的一端穿过支撑板上的圆孔隔板，长方体滑块安装在支撑板上的方孔隔板内，弹簧安装在导气管上，位于长方体滑块和圆孔隔板之间，转换接头内有2个通孔，其中通孔一内有螺纹，位于转换接头的一端，通孔一通过螺纹与导气管连接，通孔二位于转换接头柱面一侧，通孔二与通孔一相通，橡胶管为可弯曲的橡胶材质管材，橡胶管的一端固定在通孔二内，另一端固定在压缩气缸上端的通孔内，电机座五通过螺钉固定在方台二上，步进电机五通过螺钉螺母安装在电机座五上，绕线盘与步进电机五的输出轴连接，拉紧绳一端固定在转换接头，另一端缠绕固定在绕线盘上；步进电机四通过联轴器四带动连杆转动，连杆与条形孔连接，从而带动压缩盘在压缩气缸往复运动，导气管通过转换接头和橡胶管与压缩气缸相通，最终实现导气管排放或抽吸气体；步进电机五转动，通过绕线盘缠绕或释放拉紧绳带动导气管运动，使得导气管穿过进气槽插入或退出针仓，从而实现导气管与针仓的连接与断开。

本发明的有益效果是：

所述的一种弹夹式可自动连续换针的柔性针穿刺装置中的柔性针进退机构采用压力差推动柔性针在针仓内运动的原理，易于实现进针和退针动作，为实现手术中换针提供了可能，提高了手术效率。

所述的弹夹式柔性针仓可以同时搭载10个通用的柔性针，减少了术中的更换时间，满足了医生在手术中的使用，提高了手术效率。

所述的一种弹夹式可自动连续换针的柔性针穿刺装置可以在对一个病灶靶点穿刺后，自主更换柔性针仓，进行对下一部位的穿刺，避免了因忘记更换再次使用同一根柔性针穿刺而带来的手术污染问题，并且减轻了医生的负担，提高了手术的安全性。

所述的支撑滑台和支撑套管在手术过程中，可以保证穿刺过程中，柔性针不会发生翘曲，即保证了手术安全性。

当所述的弹夹式柔性针仓中所搭载的柔性针全部使用完毕后，只需拆卸更换弹夹式柔性针仓即可，安装简便，提高了手术安全性。

所述的种弹夹式可自动连续换针的柔性针穿刺装置采用齿轮齿条的传动方式，提高了换针动作的精度，确保针仓和空心轴电机的同轴度，提高了手术效率和精度。

所述的步进电机一和步进电机二联合运动，可以实现对柔性针的自动夹紧，减少了术中的操作时间，提高效率。

所述的柔性针在针仓内的进给和退回，利用的是压缩气缸压缩和抽吸气体来实现的，对仪器和医疗操作本身不具有污染性，安全可靠。

附图说明

附图1，本发明的整体装配示意图一；

附图2，本发明中整体装配示意图二；

附图3，本发明中基座结构示意图一；

附图4，本发明中基座结构示意图二；

附图5，本发明中支撑滑台结构示意图；

附图6，本发明中夹紧机构的爆炸图；

附图7，本发明中电机驱动滑台结构示意图；

附图8，本发明中柔性针装配示意图；

附图9，本发明中弹夹式柔性针仓结构示意图；

附图10，本发明中柔性针进退机构装配示意图；

附图11，本发明中连杆结构示意图；

附图12，本发明中滑动推杆结构示意图；

附图13，本发明中导气管结构示意图；

附图14，本发明中转换接头的剖面图；

图中：1、基座，1-1、门型支架，1-2、滑道，1-3、弹夹仓，1-3-1、入针槽，1-3-2、进气槽，1-3-3、齿条导轨槽，1-3-4、支撑板，1-4、方台一，1-5、方台二，2、轴承座一，3、丝杠一，4、轴承座二，5、联轴器一，6、电机座一，7、步进电机一，8、轴承座三，9、丝杠二，10、轴承座四，11、联轴器二，12、电机座二，13、步进电机二，14、支撑滑台，14-1、螺纹孔一，14-2、滑槽一，14-3、圆筒，15、夹紧机构，15-1、三爪夹头，15-1-1、夹爪，15-1-2、夹头杆，15-2、夹紧套，15-3、弹簧，15-4、挡圈，16、电机驱动滑台，16-1、螺纹孔二，16-2、滑槽二，17、空心轴电机，18、柔性针，18-1、斜尖柔性针，18-2、橡胶塞，19、支撑套管，20、弹夹式柔性针仓，20-1、针仓，20-2、齿条，21、电机座三，22、步进电机三，23、联轴器三，24、提升齿轮，25、柔性针进退机构，25-1、电机座四，25-2、步进电机四，25-3、联轴器四，25-4、连杆，25-4-1、转轴一，25-4-2、转轴二，25-5、滑动推杆，25-5-1、条形孔，25-5-2、滑杆，25-5-3、压缩盘，25-6、推杆导轨，25-7、压缩气缸，25-8、导气管，25-8-1、长方体滑块，25-9、弹簧，25-10、转换接头，25-10-1、通孔一，25-10-2、通孔二，25-11、橡胶管，25-12、电机座五，25-13、步进电机五，25-14、绕线盘。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的具体结构及实施方式。

本发明的优选实施例将通过参考附图进行详细描述，这样对于发明所属领域的现有技术人员中具有普通技术的人来说容易实现这些实施例。然而本发明也可以各种不同的形式实现，因此本发明不限于下文中描述的实施例。另外，为了更清楚地描述本发明，与本发明没有连接的部件将从附图中省略。

在本发明的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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，因此不能理解为对发明的限制。

如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，所述的一种弹夹式可自动连续换针的柔性针穿刺装置，包括基座1、轴承座一2、丝杠一3、轴承座二4、联轴器一5、电机座一6、步进电机一7、轴承座三8、丝杠二9、轴承座四10、联轴器二11、电机座二12、步进电机二13、支撑滑台14、夹紧机构15、电机驱动滑台16、空心轴电机17、柔性针18、支撑套管19、弹夹式柔性针仓20、电机座三21、步进电机三22、联轴器三23、提升齿轮24、柔性针进退机构25，其特征在于：基座1前部居中设有门型支架1-1，门型支架1-1上部设有通孔，基座1中间设有滑道1-2，滑道1-2横截面为长方形，基座1后部设有弹夹仓1-3，弹夹仓1-3位于滑道1-2的后部，滑道1-2和弹夹仓1-3沿门型支架1-1的通孔轴线方向成直线排列，弹夹仓1-3整体为方形槽形状，前端设有入针槽1-3-1，后端设有进气槽1-3-2，左侧设有齿条导轨槽1-3-3，右侧设有支撑板1-3-4，支撑板1-3-4上端设有方孔隔板和圆孔隔板，弹夹仓1-3左侧设有方台一1-4，弹夹仓1-3右侧设有方台二1-5，方台二1-5与弹夹仓1-3之间设有间距，轴承座一2通过螺钉固定在基座1前端的左侧，轴承座二4通过螺钉固定在基座1左侧的中间位置，电机座一6整体呈“L”型，通过螺钉固定在基座1上，电机座一6位于轴承座二4后部，步进电机一7通过螺栓螺母安装在电机座一6上，丝杠一3通过轴承支撑在轴承座一2和轴承座二4上，步进电机一7通过联轴器一5与丝杠一3连接；轴承座三8通过螺钉固定在基座1前端的右侧，轴承座四10通过螺钉固定在基座1右侧的中间位置，电机座二12整体呈“L”型，通过螺钉固定在基座1上，电机座二12位于轴承座四10后部，步进电机二13通过螺栓螺母安装在电机座二12上，丝杠二9通过轴承支撑在轴承座三8和轴承座四10上，步进电机二13通过联轴器二11与丝杠二9连接；支撑滑台14一侧设有螺纹孔一14-1，下部设有滑槽一14-2，滑槽一14-2呈“U”型，支撑滑台14上部设有圆筒14-3，圆筒14-3为“圆柱缸”型，缸底一端中心设有通孔，圆筒14-3上的通孔和门型支架1-1上的通孔处于同一轴线，螺纹孔一14-1与丝杠二9连接，支撑滑台5通过滑槽一14-2安装在滑道1-2上，支撑套管19为可伸缩套管，支撑套管19的一端固定在门型支架1-1的通孔内，另一端固定在圆筒14-3的通孔上；电机驱动滑台16一侧设有螺纹孔二16-1，下部设有滑槽二16-2，滑槽二16-2呈“U”型，螺纹孔二16-1与丝杠一3连接，电机驱动滑台16通过滑槽二16-2安装在滑道1-2上，电机驱动滑台16位于支撑滑台14的后端，空心轴电机17通过螺栓螺母固定在电机驱动滑台16上；夹紧机构15固定在空心轴电机17的输出轴上，夹紧机构15和支撑套管19与空心轴电机17的输出轴处于同一轴线；柔性针18包括斜尖柔性针18-1和橡胶塞18-2，橡胶塞18-2设有2到3个密封槽，橡胶塞18-2安装在斜尖柔性针18-1的末端，柔性针18穿过空心轴电机17通过夹紧机构15进行夹紧，穿过支撑套管19；空心轴电机17通过夹紧机构15带动柔性针18转动，从而实现柔性针18的自转；步进电机一7通过联轴器一5带动丝杠一3转动，从而带动电机驱动滑台16上的空心轴电机17沿X轴方向运动；步进电机二13通过联轴器二11带动丝杠二9转动，从而带动支撑滑台5在滑道1-2上沿X轴方向运动，支撑滑台5的运动会带动支撑套管19伸缩实现对柔性针18的支撑。

如图7所示，本实施例中的夹紧机构15包括三爪夹头15-1、夹紧套15-2、弹簧15-3、挡圈15-4，三爪夹头15-1沿中心轴线设有通孔，前端设有沿圆周分布的3个夹爪15-1-1，后端设有夹头杆15-1-2，3个夹爪15-1-1整体呈圆台型，相邻的夹爪15-1-1之间设有等大的间隙，3个夹爪15-1-1由夹头杆15-1-2的一端开始向外延伸形成，3个夹爪15-1-1能够朝向中心轴线聚合并拢或背离，夹紧套15-2为内孔呈圆台型的套管，夹紧套15-2安装在夹头杆15-1-2的前端，夹紧套15-2内圆直径比圆筒14-3的内圆直径大2～3mm，夹紧套15-2内圆直径比圆筒14-3的外圆直径小，挡圈15-4通过螺钉固定在夹头杆15-1-2的后端，弹簧15-3安装在夹头杆15-1-2上，位于夹紧套15-2和挡圈15-4之间，实现夹紧套15-2的复位，圆筒14-3推动或离开夹紧套15-2实现柔性针18的松开或夹紧。

如图8和图9所示，本实施例中的弹夹式柔性针仓20内部中心设有10个针仓20-1，一侧的中间位置设有齿条20-2，针仓20-1为通孔，针仓20-1截面直径略小于橡胶塞18-2横截面直径，柔性针18放置在针仓20-1内，可由橡胶塞18-2两端产生的压力差在针仓20-1内滑动，10个针仓20-1结构完全一致且针仓之间设有相等的间距，10个针仓20-1的轴线处于同一平面，弹夹式柔性针仓20固定在弹夹仓1-3内，弹夹式柔性针仓20两端分别与入针槽1-3-1和进气槽1-3-3连接，齿条20-2可在齿条导轨槽1-3-2内滑动；电机座三21通过螺钉固定在方台一1-4上，步进电机三22通过螺钉螺母安装在电机座三21上，提升齿轮24通过联轴器三23与步进电机三22相连，提升齿轮24与齿条20-2啮合；步进电机三22通过联轴器三23带动提升齿轮24转动，提升齿轮24与齿条20-2啮合带动弹夹式柔性针仓20在弹夹仓1-3内沿Z轴方向上下运动，最终实现调换针仓20-1的位置，更换后的针仓20-1与空心轴电机17的输入轴处于同一轴线。

如图10、图11、图12、图13和图14所示，本实施例中的柔性针进退机构25包括电机座四25-1、步进电机四25-2、联轴器四25-3、连杆25-4、滑动推杆25-5、推杆导轨25-6、压缩气缸25-7、导气管25-8、弹簧25-9、转换接头25-10、橡胶管25-11、电机座五25-12、步进电机五25-13、绕线盘25-14，电机座四25-1通过螺钉固定在弹夹仓1-3后端，步进电机四25-2通过螺钉螺母安装在电机座四25-1上；连杆25-4一端设有转轴一25-4-1，另一端设有转轴二25-4-2，转轴一25-4-1通过联轴器四25-3与步进电机四25-2连接，滑动推杆25-5一端设有条形孔25-5-1，另一端设有压缩盘25-5-3，中间设有滑杆25-5-2，条形孔25-5-1与转轴二25-4-2滑动连接，压缩气缸25-7固定在在基座1上，位于方台二1-5的后端，压缩气缸25-7上端设有通孔，推杆导轨25-6固定在基座1上，位于弹夹仓1-3的右侧，位于压缩气缸25-7的后端，推杆导轨25-6内设有通孔，滑杆25-5-2安装在推杆导轨25-6内的通孔里，压缩盘25-5-3安装在压缩气缸25-7内部，导气管25-8为“U”型管，导气管25-8的截面尺寸与针仓20-1的截面尺寸相等，导气管25-8一端的端部设有螺纹，中间部位设有长方体滑块25-8-1，导气管25-8带有螺纹的一端穿过支撑板1-3-4上的圆孔隔板，长方体滑块25-8-1安装在支撑板1-3-4上的方孔隔板内，弹簧25-9安装在导气管25-8上，位于长方体滑块25-8-1和圆孔隔板之间，转换接头25-10内有2个通孔，其中通孔一25-10-1内有螺纹，位于转换接头25-10的一端，通孔一25-10-1通过螺纹与导气管25-8连接，通孔二25-10-2位于转换接头25-10柱面一侧，通孔二25-10-2与通孔一25-10-1相通，橡胶管25-11为可弯曲的橡胶材质管材，橡胶管25-11的一端固定在通孔二25-10-2内，另一端固定在压缩气缸25-7上端的通孔内，电机座五25-12通过螺钉固定在方台二1-5上，步进电机五25-13通过螺钉螺母安装在电机座五25-12上，绕线盘25-14与步进电机五25-13的输出轴连接，拉紧绳25-15一端固定在转换接头25-10，另一端缠绕固定在绕线盘25-14上；步进电机四25-2通过联轴器四25-3带动连杆25-4转动，连杆25-4与条形孔25-5-1连接，从而带动压缩盘25-5-3在压缩气缸25-7往复运动，导气管25-8通过转换接头25-10和橡胶管25-11与压缩气缸25-7相通，最终实现导气管25-8排放或抽吸气体；步进电机五25-13转动，通过绕线盘25-14缠绕或释放拉紧绳25-15带动导气管25-8运动，使得导气管25-8穿过进气槽1-3-2插入或退出针仓20-1，从而实现导气管25-8与针仓20-1的连接与断开。

本发明具体实施方式的工作原理为：

使用本发明时，应将上述的装置复位，使得空心轴电机(17)上的柔性针(18)针尖部位穿过支撑套管(19)且保持处于同一轴线，将本发明固定在手术台上的相应位置，前端对准靶点位置。

进针动作：步进电机五(25-13)正向转动通过绕线盘(25-14)缠绕拉紧绳(25-15)带动导气管(25-8)运动，使得导气管(25-8)穿过进气槽(1-3-2)插入针仓(20-1)的后端内，步进电机一(7)反向转动通过丝杠一(3)带动电机驱动滑台(16)上的空心轴电机(17)向后运动，空心轴电机(17)后部的输入空心轴穿过入针槽(1-3-1)与针仓(20-1)的前端端连接，步进电机一(7)停止转动，步进电机二(13)反向转动通过丝杠二(9)带动支撑滑台(14)上的圆筒(14-3)向后运动，圆筒(14-3)推动夹紧套(15-2)压动弹簧(15-3)从而实现三爪夹头(15-1)的张开，步进电机四(25-2)正向转动通过连杆(25-4)与条形孔(25-5-1)的连接带动压缩盘(25-5-3)在压缩气缸(25-7)内压缩气体，压缩气体通过橡胶管(25-11)和导气管(25-8)传到针仓(20-1)推动柔性针(18)尾部的橡胶塞(18-2)向前运动，柔性针(18)从针仓(20-1)内被推入空心轴电机(17)后部的输入空心轴，穿过空心轴电机(17)和夹紧机构(15)，最后进入到支撑滑台(14)上的支撑套管(19)内，当橡胶塞(18-2)与空心轴电机(17)后部的输入空心轴接触时，步进电机二(13)正向转动圆筒(14-3)与夹紧套(15-2)分开，夹紧套(15-2)受到弹簧(15-3)的弹力实现三爪夹头(15-1)的闭合，从而夹紧柔性针(18)，步进电机一(7)正向转动带动空心轴电机(17)向前运动实现进给运动，在进给运动中电机驱动滑台(16)要与支撑滑台(14)保持同步运动。

退针动作：步进电机一(7)反向转动通过丝杠一(3)带动电机驱动滑台(16)上的空心轴电机(17)向后运动，当柔性针(18)上的橡胶塞(18-2)穿过入针槽(1-3-1)插入针仓(20-1)内，停止步进电机一(7)，步进电机二(13)反向转动通过丝杠二(9)带动支撑滑台(14)上的圆筒(14-3)向后运动，圆筒(14-3)推动夹紧套(15-2)压动弹簧(15-3)从而实现三爪夹头(15-1)的张开，步进电机四(25-2)反向转动通过连杆(25-4)与条形孔(25-5-1)的连接带动压缩盘(25-5-3)在压缩气缸(25-7)内吸气运动，从而利用气压将柔性针(18)退回到针仓(20-1)内。

换针动作：当柔性针(18)完全退回到针仓(20-1)内后，步进电机五(25-13)反向转动通过绕线盘(25-14)松开拉紧绳(25-15)带动导气管(25-8)退出针仓(20-1)和进气槽(1-3-2)，步进电机三(22)转动通过提升齿轮(24)与齿条(20-2)啮合带动弹夹式柔性针仓(20)向上运动，从而更换针仓(20-1)，最终实现换针动作。

柔性针自转控制：空心轴电机(17)通过夹紧机构(15)带动柔性针的转动，可以实现柔性针(18)的自转，通过改变空心轴电机(17)的占空比可以实现不同的穿刺模式。

穿刺方案：

当穿刺时，可采用多种穿刺模式：

穿刺模式1：所述的支撑滑台(14)和电机驱动滑台(16)同时做进给运动，从而控制柔性针(18)进行穿刺，支撑套管(19)对柔性针(18)起支撑作用，此时空心轴电机(17)不工作，穿刺路径为一个近似固定曲率的圆弧。

穿刺模式2：利用所述的空心轴电机(17)调整柔性针(18)的针尖斜面方向，然后执行穿刺模式1，可穿刺出不同方向的近似圆弧路径。

穿刺模式3：协调控制所述的步进电机一(7)和空心轴电机(17)，通过控制空心轴电机(17)的占空比，可穿刺出不同曲率的近似圆弧路径。

穿刺模式4：控制步进电机一(7)和空心轴电机(17)的转速，当空心轴电机(17)自转速度小于步进电机一(7)进给速度5倍时，穿刺路径为螺旋线；当自转速度远远大于进给速度5倍时，穿刺路径为直线。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征。本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书描述的只是发明的原理，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些发明和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (4)

1.一种弹夹式可自动连续换针的柔性针穿刺装置，包括基座(1)、轴承座一(2)、丝杠一(3)、轴承座二(4)、联轴器一(5)、电机座一(6)、步进电机一(7)、轴承座三(8)、丝杠二(9)、轴承座四(10)、联轴器二(11)、电机座二(12)、步进电机二(13)、支撑滑台(14)、夹紧机构(15)、电机驱动滑台(16)、空心轴电机(17)、柔性针(18)、支撑套管(19)、弹夹式柔性针仓(20)、电机座三(21)、步进电机三(22)、联轴器三(23)、提升齿轮(24)、柔性针进退机构(25)，其特征在于：基座(1)前部居中设有门型支架(1-1)，门型支架(1-1)上部设有通孔，基座(1)中间设有滑道(1-2)，滑道(1-2)横截面为长方形，基座(1)后部设有弹夹仓(1-3)，弹夹仓(1-3)位于滑道(1-2)的后部，滑道(1-2)和弹夹仓(1-3)沿门型支架(1-1)的通孔轴线方向成直线排列，弹夹仓(1-3)整体为方形槽形状，前端设有入针槽(1-3-1)，后端设有进气槽(1-3-2)，左侧设有齿条导轨槽(1-3-3)，右侧设有支撑板(1-3-4)，支撑板(1-3-4)上端设有方孔隔板和圆孔隔板，弹夹仓(1-3)左侧设有方台一(1-4)，弹夹仓(1-3)右侧设有方台二(1-5)，方台二(1-5)与弹夹仓(1-3)之间设有间距，轴承座一(2)通过螺钉固定在基座(1)前端的左侧，轴承座二(4)通过螺钉固定在基座(1)左侧的中间位置，电机座一(6)整体呈“L”型，通过螺钉固定在基座(1)上，电机座一(6)位于轴承座二(4)后部，步进电机一(7)通过螺栓螺母安装在电机座一(6)上，丝杠一(3)通过轴承支撑在轴承座一(2)和轴承座二(4)上，步进电机一(7)通过联轴器一(5)与丝杠一(3)连接；轴承座三(8)通过螺钉固定在基座(1)前端的右侧，轴承座四(10)通过螺钉固定在基座(1)右侧的中间位置，电机座二(12)整体呈“L”型，通过螺钉固定在基座(1)上，电机座二(12)位于轴承座四(10)后部，步进电机二(13)通过螺栓螺母安装在电机座二(12)上，丝杠二(9)通过轴承支撑在轴承座三(8)和轴承座四(10)上，步进电机二(13)通过联轴器二(11)与丝杠二(9)连接；支撑滑台(14)一侧设有螺纹孔一(14-1)，下部设有滑槽一(14-2)，滑槽一(14-2)呈“U”型，支撑滑台(14)上部设有圆筒(14-3)，圆筒(14-3)为“圆柱缸”型，缸底一端中心设有通孔，圆筒(14-3)上的通孔和门型支架(1-1)上的通孔处于同一轴线，螺纹孔一(14-1)与丝杠二(9)连接，支撑滑台(5)通过滑槽一(14-2)安装在滑道(1-2)上，支撑套管(19)为可伸缩套管，支撑套管(19)的一端固定在门型支架(1-1)的通孔内，另一端固定在圆筒(14-3)的通孔上；电机驱动滑台(16)一侧设有螺纹孔二(16-1)，下部设有滑槽二(16-2)，滑槽二(16-2)呈“U”型，螺纹孔二(16-1)与丝杠一(3)连接，电机驱动滑台(16)通过滑槽二(16-2)安装在滑道(1-2)上，电机驱动滑台(16)位于支撑滑台(14)的后端，空心轴电机(17)通过螺栓螺母固定在电机驱动滑台(16)上；夹紧机构(15)固定在空心轴电机(17)的输出轴上，夹紧机构(15)和支撑套管(19)与空心轴电机(17)的输出轴处于同一轴线；柔性针(18)包括斜尖柔性针(18-1)和橡胶塞(18-2)，橡胶塞(18-2)设有2到3个密封槽，橡胶塞(18-2)安装在斜尖柔性针(18-1)的末端，柔性针(18)穿过空心轴电机(17)通过夹紧机构(15)进行夹紧，穿过支撑套管(19)；空心轴电机(17)通过夹紧机构(15)带动柔性针(18)转动，从而实现柔性针(18)的自转；步进电机一(7)通过联轴器一(5)带动丝杠一(3)转动，从而带动电机驱动滑台(16)上的空心轴电机(17)沿X轴方向运动；步进电机二(13)通过联轴器二(11)带动丝杠二(9)转动，从而带动支撑滑台(5)在滑道(1-2)上沿X轴方向运动，支撑滑台(5)的运动会带动支撑套管(19)伸缩实现对柔性针(18)的支撑。

2.根据权利要求1所述的一种可自动连续换针的柔性针穿刺装置，其特征在于：所述的夹紧机构(15)包括三爪夹头(15-1)、夹紧套(15-2)、弹簧(15-3)、挡圈(15-4)，三爪夹头(15-1)沿中心轴线设有通孔，前端设有沿圆周分布的3个夹爪(15-1-1)，后端设有夹头杆(15-1-2)，3个夹爪(15-1-1)整体呈圆台型，相邻的夹爪(15-1-1)之间设有等大的间隙，3个夹爪(15-1-1)由夹头杆(15-1-2)的一端开始向外延伸形成，3个夹爪(15-1-1)能够朝向中心轴线聚合并拢或背离，夹紧套(15-2)为内孔呈圆台型的套管，夹紧套(15-2)安装在夹头杆(15-1-2)的前端，夹紧套(15-2)内圆直径比圆筒(14-3)的内圆直径大2~3mm，夹紧套(15-2)内圆直径比圆筒(14-3)的外圆直径小，挡圈(15-4)通过螺钉固定在夹头杆(15-1-2)的后端，弹簧(15-3)安装在夹头杆(15-1-2)上，位于夹紧套(15-2)和挡圈(15-4)之间，实现夹紧套(15-2)的复位，圆筒(14-3)推动或离开夹紧套(15-2)实现柔性针(18)的松开或夹紧。

3.根据权利要求1所述的一种可自动连续换针的柔性针穿刺装置，其特征在于：所述的弹夹式柔性针仓(20)内部中心设有10个针仓(20-1)，一侧的中间位置设有齿条(20-2)，针仓(20-1)为通孔，针仓(20-1)截面直径略小于橡胶塞(18-2)横截面直径，柔性针(18)放置在针仓(20-1)内，可由橡胶塞(18-2)两端产生的压力差在针仓(20-1)内滑动，10个针仓(20-1)结构完全一致且针仓之间设有相等的间距，10个针仓(20-1)的轴线处于同一平面，弹夹式柔性针仓(20)固定在弹夹仓(1-3)内，弹夹式柔性针仓(20)两端分别与入针槽(1-3-1)和进气槽(1-3-3)连接，齿条(20-2)可在齿条导轨槽(1-3-2)内滑动；电机座三(21)通过螺钉固定在方台一(1-4)上，步进电机三(22)通过螺钉螺母安装在电机座三(21)上，提升齿轮(24)通过联轴器三(23)与步进电机三(22)相连，提升齿轮(24)与齿条(20-2)啮合；步进电机三(22)通过联轴器三(23)带动提升齿轮(24)转动，提升齿轮(24)与齿条(20-2)啮合带动弹夹式柔性针仓(20)在弹夹仓(1-3)内沿Z轴方向上下运动，最终实现调换针仓(20-1)的位置，更换后的针仓(20-1)与空心轴电机(17)的输入轴处于同一轴线。

4.根据权利要求1所述的一种可自动连续换针的柔性针穿刺装置，其特征在于：所述的柔性针进退机构(25)包括电机座四(25-1)、步进电机四(25-2)、联轴器四(25-3)、连杆(25-4)、滑动推杆(25-5)、推杆导轨(25-6)、压缩气缸(25-7)、导气管(25-8)、弹簧(25-9)、转换接头(25-10)、橡胶管(25-11)、电机座五(25-12)、步进电机五(25-13)、绕线盘(25-14)，电机座四(25-1)通过螺钉固定在弹夹仓(1-3)后端，步进电机四(25-2)通过螺钉螺母安装在电机座四(25-1)上；连杆(25-4)一端设有转轴一(25-4-1)，另一端设有转轴二(25-4-2)，转轴一(25-4-1)通过联轴器四(25-3)与步进电机四(25-2)连接，滑动推杆(25-5)一端设有条形孔(25-5-1)，另一端设有压缩盘(25-5-3)，中间设有滑杆(25-5-2)，条形孔(25-5-1)与转轴二(25-4-2)滑动连接，压缩气缸(25-7)固定在在基座(1)上，位于方台二(1-5)的后端，压缩气缸(25-7)上端设有通孔，推杆导轨(25-6)固定在基座(1)上，位于弹夹仓(1-3)的右侧，位于压缩气缸(25-7)的后端，推杆导轨(25-6)内设有通孔，滑杆(25-5-2)安装在推杆导轨(25-6)内的通孔里，压缩盘(25-5-3)安装在压缩气缸(25-7)内部，导气管(25-8)为“U”型管，导气管(25-8)的截面尺寸与针仓(20-1)的截面尺寸相等，导气管(25-8)一端的端部设有螺纹，中间部位设有长方体滑块(25-8-1)，导气管(25-8)带有螺纹的一端穿过支撑板(1-3-4)上的圆孔隔板，长方体滑块(25-8-1)安装在支撑板(1-3-4)上的方孔隔板内，弹簧(25-9)安装在导气管(25-8)上，位于长方体滑块(25-8-1)和圆孔隔板之间，转换接头(25-10)内有2个通孔，其中通孔一(25-10-1)内有螺纹，位于转换接头(25-10)的一端，通孔一(25-10-1)通过螺纹与导气管(25-8)连接，通孔二(25-10-2)位于转换接头(25-10)柱面一侧，通孔二(25-10-2)与通孔一(25-10-1)相通，橡胶管(25-11)为可弯曲的橡胶材质管材，橡胶管(25-11)的一端固定在通孔二(25-10-2)内，另一端固定在压缩气缸(25-7)上端的通孔内，电机座五(25-12)通过螺钉固定在方台二(1-5)上，步进电机五(25-13)通过螺钉螺母安装在电机座五(25-12)上，绕线盘(25-14)与步进电机五(25-13)的输出轴连接，拉紧绳(25-15)一端固定在转换接头(25-10)，另一端缠绕固定在绕线盘(25-14)上；步进电机四(25-2)通过联轴器四(25-3)带动连杆(25-4)转动，连杆(25-4)与条形孔(25-5-1)连接，从而带动压缩盘(25-5-3)在压缩气缸(25-7)往复运动，导气管(25-8)通过转换接头(25-10)和橡胶管(25-11)与压缩气缸(25-7)相通，最终实现导气管(25-8)排放或抽吸气体；步进电机五(25-13)转动，通过绕线盘(25-14)缠绕或释放拉紧绳(25-15)带动导气管(25-8)运动，使得导气管(25-8)穿过进气槽(1-3-2)插入或退出针仓(20-1)，从而实现导气管(25-8)与针仓(20-1)的连接与断开。

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