CN114259301A - 穿刺结构、主手控制器及穿刺机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种穿刺结构、主手控制器及穿刺机器人。该穿刺结构用于控制穿刺末端执行穿刺操作，所述穿刺结构包括：握持组件；穿刺执行组件，可滚动设置于所述握持组件，并电连接主手控制器的主控板，所述穿刺执行组件滚动运动时能够通过所述主控板控制所述穿刺末端运动。通过滚动方式实现穿刺末端的进针控制，使得穿刺执行组件无需滑动运动，减小穿刺结构的高度尺寸，进而减小主手控制器的整体高度和体积，便于医护人员操作。

Description

穿刺结构、主手控制器及穿刺机器人

技术领域

本发明涉及穿刺设备技术领域，特别是涉及一种穿刺结构、主手控制器及穿刺机器人。

背景技术

近年来，X射线计算机断层扫描成像技术(CT)无论是在基本技术方面，还是在新的临床应用方面都取得了巨大的进展。CT的各个组成部分，如光管、探测器、滑环、数据获取系统和算法等方面都取得了很大的进步。自从螺旋CT和多层CT面世以来，出现了许多新的临床应用，且具备扫描时间快、图像清晰等优点，可用于多种疾病的检查。CT技术经过三十多年的发展，再次成为医学图像领域中最令人兴奋的诊断方法之一。

如今CT已不再作为一项单纯的影像检查而存在。在现代医学科学不断打破各科界限、互相依存共同探索等各种多元化模式的推动下，CT(计算机断层扫描)配合着临床各科实现了各种检查和治疗，并取得显著的医疗效果。CT引导下经皮穿刺就是目前临床应用较多的一项技术。它其实就是在CT扫描的精确引导下，将穿刺针准确穿入体内的病灶并获取病变组织的一项技术。

CT图像引导下的穿刺术是在CT成像(人体组织和穿刺针)的前提下，可以实时判断穿刺方向并及时做出调整，大大提高了手术成功率、降低手术风险，提高患者的康复速度和生活质量。但是，CT设备均采用X射线、γ射线等完成成像工作，在CT侧完成手术会让医生长期暴露在辐射环境中，对身体健康造成极大威胁。因此主从遥操作式穿刺手术应运而生。

从遥操作式的机器人辅助穿刺手术模式作为比较前端的一种手术方式。通过远程操作控制图像引导穿刺机器人执行穿刺操作，可以有效的避免医生受到辐射照射。目前通过主操作器在主手端模拟穿刺过程，控制穿刺末端的穿刺针执行穿刺操作，目前控制穿刺运动的结构为滑动结构，但是，该滑动结构控制穿刺进针时的运动距离较长，会增加主操作器的高度，而且操作方式不变，不便于医护人员使用。

发明内容

基于此，有必要针对目前穿刺进针运动距离长导致主手控制器高度尺寸大以及操作不便的问题，提供一种能够减小高度尺寸、便于操作的穿刺结构、主手控制器及穿刺机器人。

一种穿刺结构，用于控制穿刺末端执行穿刺操作，所述穿刺结构包括：

握持组件；

穿刺执行组件，可滚动设置于所述握持组件，并电连接主手控制器的主控板，所述穿刺执行组件滚动运动时能够通过所述主控板控制所述穿刺末端运动。

在其中一个实施例中，所述穿刺执行组件包括穿刺使能按键、穿刺传动件以及第一运动计量件，所述穿刺使能按键设置于所述握持组件，所述主控板电连接所述穿刺使能按键与所述第一运动计量件，所述穿刺传动件的输入端位于所述握持组件的端部，并为滚动输入端，所述穿刺传动件的输出端连接所述第一运动计量件，所述穿刺使能按键能够将穿刺使能信号通过所述主控板传输至所述第一运动计量件，使所述第一运动计量件将所述穿刺传动件的运动反馈至穿刺机器人的穿刺末端。

在其中一个实施例中，所述穿刺使能按键设置于所述握持组件的侧面。

在其中一个实施例中，所述握持组件具有手指放置区，所述穿刺使能按键位于所述手指放置区。

在其中一个实施例中，所述穿刺传动件包括传动滚轮、第一传动部以及传动轴，所述传动滚轮位于所述握持组件的顶部，所述第一传动部的一端连接所述传动滚轮，所述第一传动部的另一端连接所述传动轴，所述传动轴的端部安装所述第一运动计量件。

在其中一个实施例中，所述第一传动部为同步带或钢丝绳。

在其中一个实施例中，所述握持组件包括中空的把手壳体以及安装座，所述安装座设置于所述把手壳体的底部，所述传动滚轮位于所述把手壳体的顶部，所述安装座可转动安装于所述主手控制器。

在其中一个实施例中，所述穿刺结构还包括第一力反馈件，所述第一力反馈件连接所述穿刺传动件，所述第一力反馈件用于将穿刺末端的进针阻力反馈至所述穿刺传动件。

一种主手控制器，包括：承载底座、调姿结构以及如上述任一技术特征所述的穿刺结构，所述调姿结构可转动设置于所述承载底座，所述穿刺结构可转动设置于所述调姿结构；

所述调姿结构包括旋转支撑组件、层内运动组件以及层间运动组件，所述层间运动组件可转动设置于所述层内运动组件，所述旋转支撑组件中可转动安装所述层内运动组件，并可转动设置于所述承载底座；所述穿刺结构设置于所述层间运动组件，所述穿刺结构能够控制穿刺末端执行穿刺操作。

一种穿刺手术机器人，包括机器人主机、穿刺末端以及如上述技术特征所述的主手控制器；

所述穿刺末端承载穿刺针并设置于所述机器人主机，所述主手控制器与所述机器人主机电连接，所述主手控制器通过所述机器人主机控制所述穿刺末端带动所述穿刺针执行穿刺操作。

采用上述技术方案后，本发明至少具有如下技术效果：

本发明的穿刺结构、主手控制器及穿刺机器人，穿刺执行组件可滚动设置于握持组件，穿刺执行组件能够电连接主手控制器的主控板，进而通过主控板电连接至穿刺机器人。医护人员控制穿刺执行组件滚动运动时，穿刺执行组件能够通过主控板及穿刺机器人控制穿刺末端带动穿刺针执行进行操作。该穿刺结构通过穿刺执行组件滚动设置在握持组件中，通过滚动方式实现穿刺末端的进针控制，使得穿刺执行组件无需滑动运动，有效的解决目前穿刺进针运动距离长导致主手控制器高度尺寸大以及操作不便的问题，减小穿刺结构的高度尺寸，进而减小主手控制器的整体高度和体积，便于医护人员操作。

附图说明

图1为本发明一实施例的主手控制器从一角度看的立体图；

图2为图1所示的主手控制器的工作原理图；

图3为图1所示的主手控制器从另一角度看的立体图；

图4为图1所示的主手控制器中穿刺结构从一角度看的立体图；

图5为图4所示的穿刺结构从另一角度看的立体图；

图6为图4所示的穿刺结构中穿刺传动件的示意图；

图7为图6所示的穿刺传动件中第一传动部为带传动的示意图；

图8为图6所示的穿刺传动件中第一传动部为钢丝绳的示意图；

图9为图1所示的主手控制器从再一角度看的立体图；

图10为图1所示的主手控制器中旋转支撑组件安装于承载底座的示意图；

图11为图10所示的旋转支撑组件中旋转座的立体图；

图12为图10所示的旋转支撑组件中第二传动部为带传动的示意图；

图13为图10所示的旋转支撑组件中第二传动部为齿轮传动的示意图；

图14为与图1的主手控制器配合的穿刺末端一状态的构型图；

图15为与图1的主手控制器配合的穿刺末端另一状态的构型图。

其中：100、主手控制器；110、穿刺结构；111、握持组件；1111、把手壳体；11111、手指放置区；1112、安装座；112、穿刺执行组件；1121、穿刺使能按键；1122、穿刺传动件；11221、传动滚轮；11222、第一传动部；11223、传动轴；1123、第一运动计量件；113、第一力反馈件；120、调姿结构；121、层间运动组件；1211、层间调姿环；1212、第二力反馈件；1213、第二运动计量件；122、层内运动组件；1221、层内调姿座；1222、第三力反馈件；1223、第三运动计量件；123、旋转支撑组件；1231、旋转座；1232、第二传动部；13221、驱动件；12322、第一传动件；12323、第二传动件；1233、第四运动计量件；130、承载底座；200、穿刺末端；210、第一关节；220、第二关节；230、第三关节；240、第四关节；250、第五关节；260、第六关节。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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”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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

参见图1至图3、图9，本发明提供一种穿刺结构110。该穿刺结构110应用于穿刺机器人的主手控制器100中，可以对穿刺机器人的穿刺末端200带动穿刺针进行远程控制，使得穿刺末端200承载穿刺针能够刺入患者体内的目标穿刺靶点。而且，该穿刺机器人可以配合CT等成像设备中使用，这样可以实现基于实时成像引导的远程穿刺操作，避免成像设备的辐射对医护人员的身体健康造成影响。

目前通过主操作器在主手端模拟穿刺过程，控制穿刺末端的穿刺针执行穿刺操作，目前控制穿刺运动的结构为滑动结构，但是，该滑动结构控制穿刺进针时的运动距离较长，会增加主操作器的高度，而且操作方式不变，不便于医护人员使用。

参见图1至图3、图9，为此，本发明提供一种新型的穿刺结构110，该穿刺结构110能够通过滚动的方式控制穿刺末端200带动穿刺针执行穿刺操作，无需通过滑动运动，以减小穿刺结构110的高度尺寸，进而减小主手控制器100的整体高度和体积，便于医护人员使用。以下具体介绍主手控制器100的具体结构。

参见图1至图3、图9，在一实施例中，穿刺结构110用于控制穿刺末端200执行穿刺操作，所述穿刺结构110包括：握持组件111以及穿刺执行组件112。穿刺执行组件112可滚动设置于所述握持组件111，并电连接主手控制器100的主控板，所述穿刺执行组件112滚动运动时能够通过所述主控板控制所述穿刺末端200运动。

握持组件111为穿刺结构110的操作部件，呈摇臂结构设置，握持组件111的一端可转动设置在主手控制器100的调姿结构120。医护人员的手握持在握持组件111的外侧，通过操作握持组件111调节穿刺末端200的位置与姿态。穿刺执行组件112部分露出握持组件111，部分位于握持组件111中。通过穿刺执行组件112能够相对于握持组件111运动，以实现调节穿刺末端200的位置，实现穿刺针的穿刺控制。

穿刺执行组件112与主手控制器100的主控板电连接，穿刺执行组件112能够在握持组件111中运动，穿刺执行组件112的运动信息能够通过主控板反馈给穿刺机器人的机器人主机，机器人主机能够根据穿刺执行组件112的运动控制穿刺末端200运动以调节穿刺针的位置，并控制穿刺针执行穿刺操作，使得穿刺针能够刺入目标穿刺靶点。

而且，穿刺执行组件112可滚动设置于握持组件111中。穿刺执行组件112滚动运动时能够通过主控板控制穿刺末端200运动。也就是说，医护人员通过滚动操作的方式控制穿刺执行组件运动。

这样，医护人员持续滚动穿刺执行组件112即可控制穿刺末端200的进针操作，无需进行滑动运动，使得医护人员的手在握持组件111上的位置固定，便于医护人员操作。同时，穿刺执行组件112无需滑动运动，进而无需为滑动运动预留较大的运动空间，这样能够减小穿刺结构110的高度尺寸，进而减小主手控制器100的整体高度和体积。

上述实施例的穿刺结构110，通过穿刺执行组,112滚动设置在握持组件111中，通过滚动方式实现穿刺末端200的进针控制，使得穿刺执行组件112无需滑动运动，有效的解决目前穿刺进针运动距离长导致主手控制器高度尺寸大以及操作不便的问题，减小穿刺结构110的高度尺寸，进而减小主手控制器100的整体高度和体积，便于医护人员操作.

关于穿刺结构110的具体结构介绍在主手控制器100中提及，不单独进行说明，具体详见下文。

参见图1至图3、图9，在一实施例中，主手控制器100包括承载底座130、调姿结构120以及穿刺结构110。调姿结构120包括旋转支撑组件123、层内运动组件122以及层间运动组件121，所述层间运动组件121可转动设置于所述层内运动组件122，所述旋转支撑组件123中可转动安装所述层内运动组件122，并可转动设置于所述承载底座130。穿刺结构110设置于所述层间运动组件121，所述穿刺结构110能够控制穿刺末端200执行穿刺操作，并接收所述穿刺末端200的进针阻力。

承载底座130为主手控制器100的底座，起承载作用，用于承载主手控制器100的各个零部件。并且，承载底座130可以设置在手术机器人系统的操作桌上，方便医护人员操作主手控制器100。可选地，承载底座130为平板状，也可为其他能够实现承载的结构。

调姿结构120能够与穿刺机器人的机器人主机传输连接，通过调姿结构120调节穿刺末端200的姿态，进而调节穿刺末端200上穿刺针的姿态，使得穿刺末端200带动穿刺针能够对准目标靶点，便于执行穿刺操作。而且，穿刺结构110与调姿结构120连接，扳动穿刺结构110时，穿刺结构110能够带动调姿结构120运动，使得调姿结构120能够进行调姿操作，进而调节穿刺末端200的姿态。

穿刺结构110能够与穿刺机器人的机器人主机传输连接，穿刺结构110能够调节穿刺末端200的位置，进而调节穿刺末端200上穿刺针的位置，使得穿刺末端200能够带动穿刺针对目标靶点执行穿刺操作或退针操作。当穿刺针执行穿刺过程中能够感受到目标靶点处生物组织施加的阻力，该阻力能够通过机械臂以及机器人主机反馈到穿刺结构110中，医护人员操作穿刺结构110是可以感受到进针阻力，以使穿刺结构110具有力反馈功能。

而且，调姿结构120可转动设置在承载底座130。调姿结构120相对于承载底座130转动时能够形成主动调姿平面。调姿结构120相对于承载底座130转动时，调姿结构120能够带动穿刺结构110整体转动，调节调姿结构120与穿刺结构110的整体姿态，达到调整主动调姿平面角度的目的，使得主动调姿平面能够与穿刺末端200的从动调姿平面平行，进而可以实现主从调姿的绝对映射关系，保证穿刺末端200调姿的准确性。

具体的，调姿结构120包括旋转支撑组件123、层内运动组件122以及层间运动组件121，旋转支撑组件123可转动设置于承载底座130，层内运动组件122可转动设置于旋转支撑组件123，层间运动组件121可转动设置于层内运动组件122，穿刺结构110设置于层间运动组件121。层间运动组件121能够带动穿刺结构110相对于层内运动组件122运动，层内运动组件122能够带动层间运动组件121及穿刺结构110相对于旋转支撑组件123运动，旋转支撑组件123能够带动层内运动组件122、层间运动组件121以及穿刺结构110相对于承载底座130运动。

调节穿刺末端200的位置时，医护人员操作穿刺结构110，使得穿刺结构110相对于层间运动组件121运动，穿刺结构110运动时能够将运动信息传输到手术机器人的机器人主机中，通过机器人主机控制穿刺末端200带动穿刺针移动，调整穿刺针的位置。

调节穿刺末端200的姿态时，医护人员操作穿刺结构110带动层间运动组件121运动，医护人员还操作穿刺结构110带动层间运动组件121及层内运动组件122运动，层间运动组件121以及层内运动组件122的运动信息能够传输到手术机器人的机器人主机中，通过机器人主机控制穿刺末端200带动穿刺针转动，以调整穿刺针的姿态。

穿刺末端200的位置在初始调节时需要确定从动调姿平面的位置，定义为零位。然后在通过主手控制器100调节穿刺末端200的位置与姿态。穿刺末端200的从动调姿平面确定后，机器人主机能够将从动调姿平面的信息反馈给主手控制器100的旋转支撑组件123，旋转支撑组件123能够带动穿刺结构110以及层内运动组件122、层间运动组件121运动，以调节主动调姿平面的角度，使得主动调姿平面能够与从动调姿平面平行。

在主动调姿平面与从动调姿平面调节平行后，调姿结构120与穿刺结构110的运动位置能够和穿刺末端200其余关节的位姿保持一致，使得主手控制器100的整体姿态与穿刺末端200的姿态一致。医护人员通过主手控制器100的姿态即可知晓穿刺末端200的姿态，实现主动调姿的绝对映射关系，便于医护人员使用。

使用主手控制器100调节穿刺末端200的位姿时，先确定穿刺末端200的从动调姿平面的角度，使得穿刺针的姿态垂直于水平面，定义该位置为零位。然后，根据从动调姿位置调节主动调姿平面的角度，使得主动调姿平面与从动调姿平面平行。随后，通过穿刺结构110、穿刺结构110与层间运动组件121、穿刺结构110与层间运动组件121、层内运动组件122的配合调节穿刺末端200的位姿，使得穿刺针对准目标穿刺靶点，再控制穿刺结构110运动，使得穿刺结构110执行穿刺操作，穿刺操作完成后，控制穿刺结构110执行退针操作。

值得说明的是，主手控制器100调节穿刺末端200的位置与穿刺末端200的姿态至目标靶点的位置时，可以先通过穿刺结构110调节穿刺末端200的位置，再通过穿刺结构110带动调姿结构120调节穿刺末端200的姿态；也可以先通过穿刺结构110带动调姿结构120调节穿刺末端200的姿态，再通过穿刺结构110调节穿刺针的位置；还可以穿刺末端200的位置与姿态同时调节，或者位置与姿态穿插调节，如调节穿刺末端200位置后，再调节穿刺末端200姿态，再调节穿刺末端200位置，随后调节穿刺末端200姿态等等。

上述实施例的主手控制器100，通过旋转支撑组件123能够带动调姿结构120以及穿刺结构110相对于承载底座130旋转，以调节主手控制器100的主动调姿平面的位置，使得主动调姿平面与穿刺末端200的从动调姿平面平行，有效的解决目前无法实现临床实际的穿刺姿态映射的问题，在实现力反馈操作的同时，实现主从调姿的绝对式映射关系，使得穿刺末端200的姿态与主手控制器100的姿态重合，实现穿刺末端200的绝对调姿，提高主手控制器100的可操作性，保证医护人员的操作体验，降低穿刺失误的概率。

参见图1至图3，穿刺结构110具有第一自由度和第四自由度，第一自由度为穿刺结构110控制穿刺末端200运动时的自由度，可以为移动自由度，也可以为旋转自由度。穿刺结构110沿第一自由度的方向运动时能够控制穿刺末端200移动，以调节穿刺末端200的位置。第四自由度为穿刺结构110与调姿结构120连接处的自由度，第四自由度为旋转自由度。握持组件111绕第四自由度的方向相对于调姿结构120转动时，能够调节把手组件的握持方向。

调姿结构120具有第二自由度、第三自由度和第五自由度，第二自由度与第三自由度为调姿结构120调节穿刺末端200姿态时的自由度，调姿结构120沿第二自由度的方向转动时能够沿层间方向调节穿刺末端200的姿态，调姿结构120沿第三自由度的方向转动时能够沿层内方向调节穿刺末端200的姿态。第二自由度的旋转轴线与第三自由度的旋转轴线垂直。

第二自由度与第三自由度为串联连接，第二自由度能够相对于第三自由度转动，第三自由度转动时能够带动第二自由度同步转动。第五自由度为调姿结构120在调姿平面相对于承载底座130转动的自由度。第五自由度的旋转轴线与第二自由度的旋转轴线及第三自由度的旋转轴线垂直设置。可选地，第二自由度的旋转轴线与第三自由度的旋转轴线共面。当然，在本发明的其他实施方式中，第二自由度的旋转轴线与第三自由度的旋转轴线也可异面设置。关于上述的五个自由度相关的结构在后文详述。

参见图1、图3和图9，在一实施例中，所述穿刺结构110可转动设置于所述层间运动组件121。也就是说，穿刺结构110能够相对于层间运动组件121转动。穿刺结构110的底部可转动安装在层间运动组件121，穿刺结构110能够其自身的轴线转动，以调节穿刺结构110的朝向。

这样，医护人员握持穿刺结构110时，可以随意控制穿刺结构110相对于层间运动组件121转动，以调节穿刺结构110的朝向，为医护人员提供合适的握持方向，保证医护人员握持时手腕处的舒适度，避免医护人员握持时出现疲劳感，提高医护人员使用的舒适性。同时，穿刺结构110相对于层间运动组件121转动时还不会影响穿刺末端200的位姿。

可以理解的，穿刺结构110可转动设置在层间运动组件121上形成的自由度为主手控制器100的第四自由度，通过第四自由度实现穿刺结构110的自由转动，使得医护人员自由旋转操作结构，从而使得不同医护人员的手臂处于比较舒适的状态，不影响主从调姿平面的对应关系，实现绝对式的调姿与穿刺动作。

本发明的主手控制器100中第四自由度的主要功能是实现把手壳体1111绕其竖直旋转轴的旋转动作。由于把手壳体1111上集成有主从控制的穿刺使能按键1121，在进行调姿或者穿刺动作时，需持续性按压穿刺使能按键1121使其处于触发状态。所以考虑到把手姿态的任意空间性，故设置该第四自由度，使医护。人员的手臂处于比较舒适的姿态。

在一实施例中，主手控制器100还包括主控板，主控板与穿刺结构110及调姿结构120电连接，主控板还电连接手术机器人的机器人主机。主控板能够接收穿刺结构110反馈的各项信号，并根据接收的信号输出相应的控制信号反馈机器人主机，以满足不同使用场景的需求。主控板还能够接收调姿结构120反馈的各项信号，并根据接收的信号输出相应的控制信号反馈机器人主机，以满足不同使用场景的需求。相应的，主控板也能接收机器人主机反馈穿刺针执行穿刺手术时受到的阻力信号，并反馈给穿刺结构110、调姿结构120，以实现力反馈的功能。

参见图1至图5，在一实施例中，所述穿刺结构110包括握持组件111、穿刺执行组件112以及第一力反馈件113，所述握持组件111可转动设置于所述层间运动组件121，所述穿刺执行组件112可运动设置于所述握持组件111，并连接所述第一力反馈件113，所述第一力反馈件113用于将穿刺末端200的进针阻力反馈至所述穿刺执行组件112。

握持组件111为穿刺结构110的操作部件，呈摇臂结构设置，握持组件111的一端可转动设置在调姿结构120的层间运动组件121。医护人员的手握持在握持组件111的外侧，通过操作握持组件111调节穿刺末端200的位置与姿态。穿刺执行组件112部分露出握持组件111，部分位于握持组件111中。通过穿刺执行组件112能够相对于握持组件111运动，以实现调节穿刺末端200的位置，实现穿刺针的穿刺控制。

穿刺执行组件112与主控板电连接，穿刺执行组件112能够在握持组件111中运动，穿刺执行组件112的运动信息能够通过主控板反馈给机器人主机，机器人主机能够根据穿刺执行组件112的运动控制穿刺末端200运动以调节穿刺针的位置，并控制穿刺针执行穿刺操作，使得穿刺针能够刺入目标穿刺靶点。

可选地，穿刺执行组件112能够输出转动运动，并将转动运动的信息反馈给机器人主机，机器人主机根据转动运动的信息控制穿刺末端200带动穿刺针运动，使得穿刺针刺入目标靶点。当然，在本发明的其他实施方式中，穿刺执行组件112也可输出直线运动，并将直线运动的信息反馈至机器人主机后，机器人主机能够根据穿刺执行组件112输出的直线运动控制穿刺针执行穿刺操作。

第一力反馈件113与穿刺执行组件112连接。第一力反馈件113能够与控制主板电连接，进而电连接至。在穿刺执行结构控制穿刺末端200调整位置以及执行穿刺操作时，第一力反馈件113不工作。当穿刺针刺入患者体内时，人体组织会对穿刺针产生反作用力即为穿刺的阻力，该阻力通过穿刺末端200的传感器检测，并反馈至机器人主机，进而通过机器人主机反馈到主手控制器100的主控板。主控板控制第一力反馈件113根据穿刺末端200反馈的阻力对穿刺执行组件112施加反作用力，使得穿刺执行组件112输出运动时能够感受到穿刺针穿刺时的阻力，实现穿刺力的反馈功能。

这样，医护人员在使用主手控制器100远程控制穿刺针执行穿刺操作时，通过第一力反馈件113为医护人员提供实时的力觉反馈，让医护人员能够感受到穿刺针进针的阻力，让操作过程更加安全高效。可选地，第一力反馈件113为力反馈电机，力反馈电机能够对穿刺执行组件112施加扭矩。当然，在本发明的其他实施方式中，第一力反馈件113还可为其他能够对穿刺执行组件112施加阻力的部件。

可选地，主控板上设置通信单元，用于建立主控板与机器人主机的传输连接，实现主控板与机器人主机的信息交互。也就是说，主控板与机器人主机之间的信息交互通过通信单元实现，为了简便描述，在后文省略主控板通过通信单元与机器人主机传输，直接描述为主控板与机器人主机信息交互。可选地，通信单元包括但不限于以太网、串口、无线、CAN总线、Ether CAT总线等等。本实施例中，通信单元通过以太网实现信息交互。

参见图1至图5，在一实施例中，所述主手控制器100还包括主控板，所述穿刺执行组件112包括穿刺使能按键1121、穿刺传动件1122以及第一运动计量件1123，所述穿刺使能按键1121设置于所述握持组件111，所述主控板电连接所述穿刺使能按键1121与所述第一运动计量件1123，所述穿刺传动件1122的输入端位于所述握持组件111的端部，并为滚动输入端，所述穿刺传动件1122的另一端，连接所述第一运动计量件1123，所述穿刺使能按键1121能够将穿刺使能信号通过所述主控板传输至所述第一运动计量件1123，使所述第一运动计量件1123将所述穿刺传动件1122的运动反馈至穿刺机器人的穿刺末端200。

穿刺传动件1122设置在握持组件111中，且穿刺传动件1122的输入端设置在握持组件111的顶部，并部分露出握持组件111设置。而且，穿刺传动件1122的输入端为滚动输入端，医护人员通过在输入端进行滚动操作即可控制穿刺传动件1122的输入端滚动，以控制穿刺传动件1122控制穿刺末端200的运动。

医护人员握持在握持组件111时，医护人员的拇指能够与穿刺传动件1122的输入端接触，控制穿刺传动件1122的输入端滚动。穿刺传动件1122的输出端位于握持组件111的底部，穿刺传动件1122的输出端连接第一力反馈件113与第一运动计量件1123。

第一运动计量件1123电连接主控板，医护人员操作穿刺传动件1122的输入端时，穿刺传动件1122能够将输入端的运动传递至输出端。此时，第一运动计量件1123能够检测穿刺传动件1122的运动信息，并通过主控板反馈至机器人主机，机器人主机根据第一运动计量件1123反馈的运动信息控制穿刺末端200带动穿刺针运动。

可选地，第一运动计量件1123为编码器。编码器能够检测穿刺传动件1122的转动位移，并通过主控板反馈至机器人主机，机器人主机能够将转动位移转化为直线运动信息，以控制穿刺末端200带动穿刺针运动。当然，在本发明的其他实施方式中，第一运动计量件1123还可为电位计或传感器等，通过第一运动计量件1123检测穿刺传动件1122运动的直线位移，以反馈给机器人主机。

当穿刺针穿刺过程中受到阻力时，该阻力能够反馈至机器人主机，进而通过机器人主机反馈到主手控制器100的主控板。主控板控制第一力反馈件113根据穿刺末端200反馈的阻力对穿刺传动件1122施加反作用力，使得医护人员操作穿刺传动件1122的输入端时受阻，让医护人员能够感受到穿刺针进针的阻力，让操作过程更加安全高效。

穿刺使能按键1121为穿刺结构110的安全开关，穿刺使能按键1121设置在握持组件111的侧壁，医护人员握持在握持组件111后，医护人员的食指或中指能够与穿刺使能按键1121接触，实现穿刺使能按键1121的触发，以使得穿刺传动件1122能够有效的工作。可选地，穿刺使能按键1121为开关或其他能够实现通断控制的部件。

医护人员按压穿刺使能按键1121时，主控板能够接收到穿刺使能信号并告知机器人主机，可以执行穿刺操作，医护人员操作穿刺传动件1122，通过穿刺传动件1122与第一运动计量件1123的配合控制穿刺末端200带动穿刺针运动。若操作人员未按压穿刺使能按键1121，则主控板未接收到穿刺使能信号，当医护人员操作穿刺传动件1122时，穿刺传动件1122与第一运动计量件1123的配合为无法动作，无法控制穿刺末端200带动穿刺针运动。

也就是说，穿刺使能按键1121与穿刺传动件1122组成穿刺控制运动的执行部件，只有穿刺使能按键1121被按压后，穿刺传动件1122才能够控制穿刺末端200运动。若穿刺使能按键1121未被按压，则穿刺传动件1122无法控制穿刺末端200运动。这样能够避免误触到穿刺传动件1122而导致穿刺末端200运动，保证穿刺手术的安全性。

本发明的主手控制器100将穿刺使能按键1121固定放置于食指的下方，医护人员握持把手壳体1111后进行调姿和穿刺时，食指能够与穿刺使能按键1121接触，自然的按下穿刺使能按键1121，触发主从控制。这样能够降低穿刺使能的控制结构，降低医护人员操作的疲劳程度，便于医护人员使用。

在一实施例中，穿刺使能按键1121位于握持组件111的侧面。这样，医护人员对握持组件111握持时，医护人员的手指握持在握持组件111的侧面，此时，医护人员的手指能够与穿刺使能按键1121接触，实现穿刺使能按键1121的触发，方便医护人员操作。并且，在穿刺过程中，由于医护人员一直对握持组件111握持，则能够实现对穿刺使能按键1121的持续按压，保证穿刺使能按键1121能够一直触发穿刺信号，保证穿刺过程的准确性，避免出现穿刺过程中医护人员未按压穿刺使能按键1121的情况。

参见图4至图8，在一实施例中，所述穿刺传动件1122包括传动滚轮11221、第一传动部11222以及传动轴11223，所述传动滚轮11221位于所述握持组件111的顶部，所述第一传动部11222的一端连接所述传动滚轮11221，所述第一传动部11222的另一端连接所述传动轴11223，所述传动轴11223的端部安装所述第一运动计量件1123与所述第一力反馈件113。

传动滚轮11221为穿刺传动件1122的输入端，传动轴11223为穿刺传动件1122的输出端，第一传动部11222传动连接传动滚轮11221与传动轴11223。传动滚轮11221为穿刺结构110的第一自由度，通过传动滚轮11221转动控制实现穿刺末端200的穿刺控制自由度的调节。传动滚轮11221设置在握持组件111的顶部，并露出握持组件111设置，传动轴11223设置在握持组件111的底部，传动轴11223的两端分别连接第一力反馈件113与第一运动计量件1123。当然，在本发明的其他实施方式中，第一力反馈件113与第一运动计量件1123也可设置在同一端。

医护人员握持在握持组件111后，医护人员的手指按压穿刺使能按键1121，以向主控板发送穿刺使能信号。随后，医护人员的拇指滚动控制传动滚轮11221，传动滚轮11221转动时能够带动第一传动部11222运动，第一传动部11222运动时能够带动连接轴转动，第一运动计量件1123能够检测连接轴的转动运动，并将该转动运动反馈给主控板。

当穿刺针穿刺过程中受到阻力并反馈到主控板时，主控板能够控制第一力反馈件113对连接轴施加反向作用力，阻止连接轴按照原来的方向转动，此时，连接轴会将该阻力的趋势通过第一传动部11222反馈给传动滚轮11221。医护人员滚动传动滚轮11221时能够感受到穿刺针进针的阻力，让操作过程更加安全高效。

可选地，传动滚轮11221与传动轴11223之间可以存在减速比。这样医护人员在传动滚轮11221段所需的操作力会更小，操作更轻便，便于使用。可选地，减速比为2:1。当然，减速比还可为其他的比值。

在一实施例中，所述第一传动部11222为同步带或钢丝绳。第一传动部11222位同步带时，同步带分别套设传动滚轮11221与传动轴11223，如图7所示。第一传动部11222为钢丝绳时，钢丝绳分别缠绕于传动滚轮11221与连接轴，如图8所示。当然，在本发明的其他实施方式中，第一传动部11222还可为其他能够实现运动传递的部件，如链传动等。

参见图4和图5，在一实施例中，所述握持组件111包括中空的把手壳体1111以及安装座1112，所述安装座1112设置于所述把手壳体1111的底部，所述传动滚轮11221位于所述把手壳体1111的顶部，所述安装座1112可转动安装于所述层间运动组件121。

把手壳体1111呈中空的柱状结构，能够起到承载作用，穿刺传动件1122的第一传动部11222以及连接轴位于把手壳体1111中，传动滚轮11221设置在把手壳体1111的顶部，并露出把手壳体1111，穿刺使能按键1121设置在把手壳体1111的侧面。连接轴的两端伸出把手壳体1111，在把手壳体1111的外侧连接第一力反馈件113与第一运动计量件1123。

在把手壳体1111的底部设置安装座1112，握持组件111通过安装座1112安装在层间运动组件121。层间运动组件121具有转动孔，安装座1112的底部具有转轴，握持组件111能够通过转轴在转动孔中转动，实现穿刺结构110相对于层间运动组件121的转动，以调节把手的朝向。通过转轴与转动空的配合形成第四自由度，实现握持组件111的旋转动作。该第四自由度为被动形式，工作时由医护人员自由旋转，以选择合适的工作方向。

参见图4，在一实施例中，所述握持组件111具有手指放置区11111，所述穿刺使能按键1121位于所述手指放置区11111。具体的，所述把手壳体1111具有手指放置区11111。手指放置区11111凹陷于把手壳体1111的侧面设置，医护人员握持在把手壳体1111时，拇指与传动滚轮11221接触，其余四指放置在手指放置区11111，保证使用时的舒适性，避免手指滑脱。

上述实施例中的穿刺结构110，当控制传动滚轮11221转动时，传动滚轮11221通过第一传动部11222会第一力反馈件113、第一运动计量件1123同步旋转。如果主从之间存在控制以及穿刺末端200与环境存在接触力时，可以通过上述传动方式实现力反馈和运动同步。

参见图2、图3和图9，在一实施例中，所述层间运动组件121包括层间调姿环1211、第二力反馈件1212以及第二运动计量件1213，所述层间调姿环1211可转动设置于所述层内运动组件122，且所述第二力反馈件1212与所述第二运动计量件1213设置于所述层间调姿环1211。

层间运动组件121能够沿第二自由度的工作轴线转动，以在第二自由度的方向调节穿刺末端200的姿态。具体的，层间运动组件121包括层间调姿环1211、第二力反馈件1212以及第二运动计量件1213。层间调姿环1211沿第二自由度的转动轴线方向设置，使得层间调姿环1211能够绕第二自由度的转动轴线转动。

层间调姿环1211设置在层内运动组件122上，穿刺结构110的握持组件111设置在层间调姿环1211上，第二力反馈件1212以及第二运动计量件1213与层间调姿环1211连接。医护人员绕第二自由度的工作轴线方向搬动把手壳体1111，把手壳体1111能够带动层间调姿环1211绕第二自由度的工作轴线转动。可选地，层间调姿环1211也可其平板状或者其他能够绕第二自由度的工作轴线转动的结构。可选地，第二力反馈件1212为力反馈电机，第二运动计量件1213为编码器。

层间调姿环1211转动时能够带动第二运动计量件1213转动，第二运动计量件1213能够检测层间调姿环1211的转动角度，并通过主控板反馈给机器人主机，机器人主机能够根据接收到的层间调姿环1211的转动角度控制穿刺末端200绕第二自由度的工作轴线转动，即绕层间转动，实现穿刺末端200在层间方向姿态的调节。

当穿刺末端200层间调姿过程中遇到阻力时，该阻力能够反馈至机器人主机，进而通过机器人主机反馈到主手控制器100的主控板。主控板控制第二力反馈件1212根据穿刺末端200反馈的阻力对层间调姿环1211施加反作用力，使得医护人员操作把手壳体1111时受阻，让医护人员能够感受到穿刺针调姿的阻力，让操作过程更加安全高效。

可选地，层间运动组件121还包括第一连接轴，第一连接轴可转动设置在层内运动组件122，且第一连接轴连接层间调姿环1211，第二力反馈件1212与第二运动剂量件设置在第一连接轴。

参见图2、图3和图9，在一实施例中，所述层内运动组件122包括层内调姿座1221、第三力反馈件1222以及第三运动计量件1223，所述层内调姿座1221用于可转动安装所述层间调姿环1211，并可转动设置于所述旋转支撑组件123，所述第三力反馈件1222与所述第三运动计量件1223连接所述层内调姿座1221。

层间运动组件121的层间调姿环1211可转动设置在层内运动组件122上，层内运动组件122可转动设置在旋转支撑件上。医护人员搬动把手壳体1111控制层内运动组件122运动时，层内运动组件122能够带动层间运动组件121同步运动。层内运动组件122能够绕第三自由度的工作轴线转动，以在第三自由度的方向调节穿刺末端200的姿态。

具体的，层内运动组件122包括层内调姿座1221、第三运动计量件1223以及第三力反馈件1222。层内调姿座1221为层内运动组件122的主体结构，用于承载层间运动组件121的各零部件。层内调姿座1221可转动设置在旋转支撑件上，且层内调姿座1221沿第三自由度的工作轴线设置，以使层内调姿座1221能够绕第三自由度的工作轴线转动。

第三力反馈件1222与第三运动计量件1223设置在层内调姿座1221，并随层内调姿座1221同步运动。医护人员绕第三自由度的工作轴线方向扳动把手壳体1111，把手壳体1111能够通过层间调姿环1211带动层内调姿座1221绕第三自由度的工作轴线转动。可选地，第三力反馈件1222为力反馈电机，第三运动计量件1223为编码器。

层内调姿座1221转动时能够带动第三运动计量件1223转动，第三运动计量件1223能够检测层内调姿座1221的转动角度，并通过主控板反馈给机器人主机，机器人主机能够根据接收到的层内调姿座1221的转动角度控制穿刺末端200绕第三自由度的工作轴线转动，即绕层内转动，实现穿刺末端200在层内方向姿态的调节。

当穿刺末端200层内调姿过程中遇到阻力时，该阻力能够反馈至机器人主机，进而通过机器人主机反馈到主手控制器100的主控板。主控板控制第三力反馈件1222根据穿刺末端200反馈的阻力对层内调姿座1221施加反作用力，使得医护人员操作把手壳体1111时受阻，让医护人员能够感受到穿刺针调姿的阻力，让操作过程更加安全高效。

可选地，层内调姿座1221包括座体以及第二连接轴，第二连接轴可转动连接在旋转支撑组件123上，形成层内旋转的第三自由度。座体固定在第二连接轴，座体用于可转动安装层间调姿环1211，用于形成层间旋转的第二自由度。第三力反馈件1222与第三运动计量件1223设置在第二连接轴。可选地，旋转支撑组件123上具有凸耳，用于可转动安装层内调姿座1221的两端。具体的，第二连接轴的两端可转动安装在凸耳中。

参见图9至图13，在一实施例中，所述旋转支撑组件123包括旋转座1231以及第二传动部1232，所述旋转座1231用于可转动安装所述层内运动组件122，所述第二传动部1232传动连接所述旋转座1231与所述承载底座130。旋转座1231为承载部件，能够承载层内运动组件122。旋转座1231可旋转安装在承载底座130中，并通过第二传动部1232传动连接旋转座1231与承载底座130，通过第二传动件12323驱动旋转座1231相对于承载底座130转动，以形成旋转的第五自由度，实现主动调姿平面的角度的调节。

在一实施例中，所述第二传动部1232包括驱动件13221、第一传动件12322以及第二传动件12323，所述第一传动件12322可运动设置于所述承载底座130，所述第二传动件12323设置于所述旋转座1231，所述驱动件13221设置于所述第一传动件12322，所述第一传动件12322与所述第二传动件12323传动连接。

驱动件13221为第二传动部1232的第二传动部1232的动力源。驱动件13221设置在第一传动件12322的端部，第一传动件12322可运动设置在承载底座130，第二传动件12323固定在旋转座1231上，第一传动件12322与第二传动件12323传动连接。驱动件13221运动时，驱动件13221能够驱动第一传动件12322转动，第一传动件12322转动时能够带动第二传动件12323转动，第二传动件12323能够带动旋转座1231以及层内运动组件122、层间运动组件121、穿刺结构110转动，调节主动调姿平面的角度。可选地，第二传动件12323与旋转座1231为一体结构。可选地，驱动件13221为电机。

驱动件13221能够驱动旋转座1231绕第五自由度的工作轴线旋转，该第五自由度为主动形式，在穿刺末端200摆位完成后有驱动件13221驱动，完成调姿空间的定位。穿刺末端200确定从动调姿平面后，能够将从动调姿平面的角度反馈给机器人主机，机器人主机能够将从动调姿平面的角度反馈给主手控制器100的主控板，主控板与驱动件13221电连接，能够根据从动调姿平面的角度控制旋转做运动，以调节主动调姿平面的角度，使得主动调姿平面与从动调姿平面平行，实现主动调姿的绝对映射关系。

参见图9和图14、图15，可选地，穿刺末端200为六关节的穿刺机械臂，分别为第一关节210、第二关节220、第三关节230、第四关节240、第五关节250以及第六关节260。第六关节260连接穿刺针。第一关节210为升降关节，输出升降自由度调节穿刺末端200的高度，第一关节210的调节有机器人主机自调节，无需主手控制器100控制，以满足穿刺手术的高度需求。

第二关节220与第三关节230为旋转关节，能够输出旋转自由度。该第二关节220与第三关节230用于调节穿刺末端200的从动调姿平面，对应调姿结构120的第五自由度。第四关节240与第五关节250用于调整穿刺针的姿态，为层间调姿自由度和层内调姿自由度，分别对应调姿结构120的第二自由度和第三自由度，第六关节260用于调整穿刺针动作，为穿刺自由度实现，对应穿刺结构110的第一自由度。

术前准备阶段，需要先标定穿刺末端200的位姿，通过第一关节210调节穿刺末端200的高度，调节第二关节220与第三关节230，以调节从动调姿平面的角度，使得穿刺针的姿态垂直于水平面，定义为零位。然后，根据需要进行调整，主要调整穿刺末端200的第一关节210、第二关节220、第三关节230、第四关节240以及第五关节250，而且，四个旋转自由度的旋转角度能够被记录下来，反馈至主手控制器100中。

主手控制器100的第五自由度为主动关节，无需人力拖动，主手控制器100与穿刺末端200的调姿平面姿态的对应关系通过检测穿刺末端200的第二关节220与第三关节230的旋转角度，并通过机器人主机反馈到主控板，主控板控制驱动件13221驱动第五自由度旋转相应的角度即可实现，该过程可在穿刺末端200的六关节穿刺机械臂摆位(医护人员自由摆位)完成后进行。

参见图9至图13，在一实施例中，所述第一传动件12322与所述第二传动件12323为蜗轮蜗杆传动件、齿轮传动件或带传动件。当第一传动件12322与第二传动件12323为蜗轮蜗杆传动件时，蜗轮设置在旋转座1231，蜗杆可转动设置在承载地址，并连接驱动件13221，蜗轮与蜗杆啮合，这样能够节省竖直方向空间尺寸，如图所示。

当然，如果竖直方向尺寸过大，第一传动件12322与第二传动件12323也可采用齿轮传动件或带传动件。第一传动件12322与第二传动件12323为齿轮传动件时，通过齿轮啮合实现旋转座1231的驱动，如图12所示。第一传动件12322与第二传动件12323为带传动件时，通过带传动实现旋转座1231的驱动，如图13所示。

在一实施例中，旋转支撑组件123还包括第四运动计量件1233，第四运动计量件1233与主控板电连接，并设置于旋转座1231，第四运动计量件1233用于记录旋转座1231的转动角度，并反馈给主控板。第四运动计量件1233能够检测旋转做是否旋转了确定角度，并形成角度闭环控制，从而确保主从调姿平面的平行度。

本发明的主手控制器100能够实现五自由度的调节，能够在主手端控制穿刺末端200完成穿刺过程，且具备穿刺力反馈功能；同时第五自由度配合调姿的第二自由度与第三自由度可以实现把手姿态与穿刺针姿态的一一对应关系，即实现绝对式的调姿映射。相对于目前的三自由度主操作器只有在对机械臂进行摆位的工况下，本发明的主手控制器100通过第五自由度能够保证主动调姿平面与穿刺末端200的从动调姿平面平行才可实现绝对式的调姿映射。因此在大多数工况下，目前的三自由度主操作器都无法实现姿态对应关系，只可进行增量式调姿；而本发明的主手控制器100能够实现绝对式的调姿，使得主手控制器100的姿态与穿刺末端200的姿态对应。

并且，本发明的主手控制器100控制进针方式为通过传动滚轮11221控制进针，只需通过拇指旋转传动滚轮11221即可完成穿刺末端200的进针控制，且在拇指端能够感受到穿刺反馈作用力。使用该进针方式能够大幅度的缩短把手壳体1111的尺寸，且整体的重量以及调姿时的转动惯量都会减小。示例性地，三自由度主操作器的把手的高度尺寸为240mm，采用上述进针方式后把手壳体1111的高度尺寸只需120mm左右。

参见图1至图3、图9，本发明的主手控制器100使用时，主手控制器100从零位状态调整到调姿位状态，主手控制器100的零位为把手垂直于水平面，主手控制器100零位下的主动调姿平面与穿刺末端200零位下的从动调姿平面处于平行状态。当穿刺末端200摆位过程中改变从动调姿平面时，主手控制器100的第五自由度的转角等于穿刺末端200的第二关节220与第三关节230的旋转自由度的矢量和，因为转角分为正负(左右)两个方向。

当摆位过程中调整穿刺末端200的层内自由度及层间自由度时，二者相对于零位的转角信息会分别传递给主手控制器100的层间自由度即第二自由度、层内自由度即第三自由度，使其相对于零位旋转对应角度。经过上述对应过程，在穿刺末端200完成摆位后，主手控制器100的把手壳体1111的姿态与穿刺针姿态完全相同；然后操作人员再根据CT成像进行穿刺针姿态的微调或者是穿刺过程中穿刺针姿态的调整。

本发明还提供一种穿刺手术机器人，包括机器人主机、穿刺末端200以及上述实施例所述的主手控制器100；所述穿刺末端200承载穿刺针并设置于所述机器人主机，所述主手控制器100与所述机器人主机电连接，所述主手控制器100通过所述机器人主机控制所述穿刺末端200带动所述穿刺针执行穿刺操作。

本发明的穿刺机器人在实际使用时，机器人主机位于扫描间内。机器人主机用于带动穿刺末端200运动，以调整穿刺末端200中穿刺针的姿态。穿刺末端200设置在机器人主机上，用于执行穿刺动作。控制间与扫描间相邻设置或者间隔设置。控制间中设置成像设备的操作台，并与扫描间之间存在混凝土墙壁，以屏蔽射线。并且，控制间内还设置主手控制器100，医生通过操作控制间中的主手控制器100实现对扫描间中的机器人主机控制，从而完成主从遥操作式穿刺手术。

参见图14和图15，在一实施例中，所述穿刺末端200为六关节的穿刺机械臂，所述穿刺末端200的第二关节220与第三关节230能够在从动调姿平面调节所述穿刺末端200的姿态。所述机器人主机电连接调姿结构120中旋转支撑组件123的第二传动部1232，并控制所述第二传动部1232运动，调节所述主手控制器100的主动调姿平面，使所述主动调姿平面与所述从动调姿平面平行。

穿刺末端200为六关节的穿刺机械臂，分别为第一关节210、第二关节220、第三关节230、第四关节240、第五关节250以及第六关节260。第六关节260连接穿刺针。第一关节210为升降关节，输出升降自由度调节穿刺末端200的高度，第一关节210的调节有机器人主机自调节，无需主手控制器100控制，以满足穿刺手术的高度需求。

第二关节220与第三关节230为旋转关节，能够输出旋转自由度。该第二关节220与第三关节230用于调节穿刺末端200的从动调姿平面，对应调姿结构120的第五自由度。第四关节240与第五关节250用于调整穿刺针的姿态，为层间调姿自由度和层内调姿自由度，分别对应调姿结构120的第二自由度和第三自由度，第六关节260用于调整穿刺针动作，为穿刺自由度实现，对应穿刺结构110的第一自由度。

主手控制器100从零位状态调整到调姿位状态，主手控制器100的零位为把手垂直于水平面，主手控制器100零位下的主动调姿平面与穿刺末端200零位下的从动调姿平面处于平行状态。当穿刺末端200摆位过程中改变从动调姿平面时，主手控制器100的第五自由度的转角等于穿刺末端200的第二关节220与第三关节230的旋转自由度的矢量和，因为转角分为正负(左右)两个方向。

当摆位过程中调整穿刺末端200的层内自由度及层间自由度时，二者相对于零位的转角信息会分别传递给主手控制器100的层间自由度即第二自由度、层内自由度即第三自由度，使其相对于零位旋转对应角度。经过上述对应过程，在穿刺末端200完成摆位后，主手控制器100的把手壳体1111的姿态与穿刺针姿态完全相同；然后操作人员再根据CT成像进行穿刺针姿态的微调或者是穿刺过程中穿刺针姿态的调整。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种穿刺结构(110)，其特征在于，用于控制穿刺末端(200)执行穿刺操作，所述穿刺结构(110)包括：

握持组件(111)；

穿刺执行组件(112)，可滚动设置于所述握持组件(111)，并电连接主手控制器(100)的主控板，所述穿刺执行组件(112)滚动运动时能够通过所述主控板控制所述穿刺末端(200)运动。

2.根据权利要求1所述的穿刺结构(110)，其特征在于，所述穿刺执行组件(112)包括穿刺使能按键(1121)、穿刺传动件(1122)以及第一运动计量件(1123)，所述穿刺使能按键(1121)设置于所述握持组件(111)，所述主控板电连接所述穿刺使能按键(1121)与所述第一运动计量件(1123)，所述穿刺传动件(1122)的输入端位于所述握持组件(111)的端部，并为滚动输入端，所述穿刺传动件(1122)的输出端连接所述第一运动计量件(1123)，所述穿刺使能按键(1121)能够将穿刺使能信号通过所述主控板传输至所述第一运动计量件(1123)，使所述第一运动计量件(1123)将所述穿刺传动件(1122)的运动反馈至穿刺机器人的穿刺末端(200)。

3.根据权利要求2所述的穿刺结构(110)，其特征在于，所述穿刺使能按键(1121)设置于所述握持组件(111)的侧面。

4.根据权利要求3所述的穿刺结构(110)，其特征在于，所述握持组件(111)具有手指放置区(11111)，所述穿刺使能按键(1121)位于所述手指放置区(11111)。

5.根据权利要求4所述的穿刺结构(110)，其特征在于，所述穿刺传动件(1122)包括传动滚轮(11221)、第一传动部(11222)以及传动轴(11223)，所述传动滚轮(11221)位于所述握持组件(111)的顶部，所述第一传动部(11222)的一端连接所述传动滚轮(11221)，所述第一传动部(11222)的另一端连接所述传动轴(11223)，所述传动轴(11223)的端部安装所述第一运动计量件(1123)。

6.根据权利要求5所述的穿刺结构(110)，其特征在于，所述第一传动部(11222)为同步带或钢丝绳。

7.根据权利要求5所述的穿刺结构(110)，其特征在于，所述握持组件(111)包括中空的把手壳体(1111)以及安装座(1112)，所述安装座(1112)设置于所述把手壳体(1111)的底部，所述传动滚轮(11221)位于所述把手壳体(1111)的顶部，所述安装座(1112)可转动安装于所述主手控制器(100)。

8.根据权利要求2至7任一项所述的穿刺结构(110)，其特征在于，所述穿刺结构(110)还包括第一力反馈件(113)，所述第一力反馈件(113)连接所述穿刺传动件(1122)，所述第一力反馈件(113)用于将穿刺末端(200)的进针阻力反馈至所述穿刺传动件(1122)。

9.一种主手控制器(100)，其特征在于，包括：承载底座(130)、调姿结构(120)以及如权利要求1至8任一项所述的穿刺结构(110)，所述调姿结构(120)可转动设置于所述承载底座(130)，所述穿刺结构(110)可转动设置于所述调姿结构(120)；

所述调姿结构(120)包括旋转支撑组件(123)、层内运动组件(122)以及层间运动组件(121)，所述层间运动组件(121)可转动设置于所述层内运动组件(122)，所述旋转支撑组件(123)中可转动安装所述层内运动组件(122)，并可转动设置于所述承载底座(130)；所述穿刺结构(110)设置于所述层间运动组件(121)，所述穿刺结构(110)能够控制穿刺末端(200)执行穿刺操作。

10.一种穿刺手术机器人，其特征在于，包括机器人主机、穿刺末端(200)以及如权利要求9所述的主手控制器(100)；

所述穿刺末端(200)承载穿刺针并设置于所述机器人主机，所述主手控制器(100)与所述机器人主机电连接，所述主手控制器(100)通过所述机器人主机控制所述穿刺末端(200)带动所述穿刺针执行穿刺操作。

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