CN114469286A - 小型化穿刺机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种小型化穿刺机器人，包括第一固定部、第二固定部、送针机构和驱动组件；驱动组件设置为两组并上下分布；驱动组件均包括第一直线运动机构、第二直线运动机构、连接件和连接关节；连接件的第一端固定在第一直线运动机构的输出端，并同时与第二直线运动机构的输出端通过竖直轴铰接；连接件的第二端通过X方向转轴与连接关节铰接；第一固定部和第二固定部分别通过一个Y方向水平轴铰接在其中一个驱动组件的连接关节上和另一个驱动组件的连接关节上；第一固定部和第二固定部滑动连接；送针机构包括升降电机、气动夹爪。本申请通过联合驱动两层驱动组件的第一直线运动机构与第二直线运动机构，来引导穿刺针的入针位置和姿态。

Description

小型化穿刺机器人

技术领域

本申请涉及医疗设备技术领域，具体而言，涉及一种穿刺机器人。

背景技术

在现代临床实践中应用的许多常规治疗涉及用于活组织检查、药物输送和其他诊断和治疗程序的医疗工具(例如针和导管)的经皮插入。插入程序的目标是将合适的医疗工具的尖端安全精确地放置在靶区域，靶区域可能是病灶、肿瘤、器官或血管。需要这样的医疗工具的插入的治疗的实例包括疫苗接种、血液/液体取样、局部麻醉、组织活检、导管插入、低温消融、电解消融、近距离放射治疗、神经外科手术、深部脑刺激和各种微创手术。

近些年，小型化的穿刺机器人已经被引入。这些装置的一部分功能是帮助选择插入点并帮助将针和插入点以及靶对准的引导，然后自动或者医师遥控完成穿刺。这些装置可以安装在患者的身体上自动补偿呼吸，因此要求装置的体积要足够小，重量足够轻巧，并且针的穿刺方向由装置的引导方向确定。因为该装置可以由医生完成遥控穿刺，同时也避免了医生遭受辐射。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种小型化穿刺机器人，以解决相关技术中的穿刺机器人体积较大，工作空间较小，能够穿刺的姿态类型较少，以及可调整的姿态角度较小的问题。

为了实现上述目的，本申请提供了一种小型化穿刺机器人，该小型化穿刺机器人包括：第一固定部、第二固定部、送针机构和驱动组件；

所述驱动组件设置为两组并上下分布；

每个所述驱动组件均包括第一直线运动机构、第二直线运动机构、连接件和连接关节；所述第一直线运动机构和所述第二直线运动机构均可绕Z轴旋转；

所述连接件的第一端固定在所述第一直线运动机构的输出端，并同时与所述第二直线运动机构的输出端通过竖直轴铰接；所述连接件的第二端通过X方向转轴与所述连接关节铰接；

所述第一固定部和所述第二固定部分别通过一个Y方向转轴铰接在其中一个所述驱动组件的连接关节上和另一个所述驱动组件的连接关节上；

所述第二固定部用于安装穿刺针，所述第二固定部上固设有直线导轨，所述直线导轨的轴线与穿刺针的轴线位于同一平面并保持平行，所述直线导轨的上端滑动贯穿所述第一固定部；所述第一直线运动机构的输出端和所述第二直线运动机构的输出端之间的间距沿X轴方向逐渐减小；

所述送针机构用于驱动穿刺针沿其轴向进针或退针。

进一步的，连接件包括连接板和设于所述连接板第一端的第一连接头和第二连接头；

所述第一连接头固定在所述连接板的端部，所述第二连接头通过竖直轴铰接在所述第一连接头上，以使所述第二连接头可相对于所述第一连接头绕Z轴旋转；

所述第一连接头与所述第一直线运动机构的输出端连接，所述第二连接头与所述第二直线运动机构的输出端连接。

进一步的，第一连接头和所述第二连接头均包括环形部和位于所述环形部外侧的安装部，两所述环形部之间通过竖直轴铰接，所述安装部固设在对应的所述第一直线运动机构的输出端和所述第二直线运动机构的输出端上。

进一步的，每个所述驱动组件还包括两个旋转驱动机构，两个所述旋转驱动机构分别与所述第一直线运动机构和第二直线运动机构连接，分别用于驱动所述第一直线运动机构和所述第二直线运动机构绕Z轴旋转。

进一步的，连接板包括水平部和竖直部，所述第一连接头固定在所述水平部的内侧；

所述连接关节通过X方向转轴铰接在所述竖直部的外侧。

进一步的，连接关节设置为连接耳座和连接耳板；

所述连接耳座通过X方向转轴铰接在所述连接板的第二端；所述连接耳板通过Y方向转轴铰接在对应的所述连接耳座上；

所述第一固定部和所述第二固定部固设在对应的连接耳板上。

进一步的，第一固定部和所述第二固定部分别设置为第一固定套和第二固定套，所述第一固定套固设于其中一个驱动组件的连接耳板上，所述第二固定套固设于另一个所述驱动组件的连接耳板上；

所述第一固定套和所述第二固定套之间滑动连接有直线导轨。

进一步的，每个所述驱动组件的第一直线运动机构的输出端的轴线和第二直线运动机构的输出端的轴线位于同一水平面。

进一步的，还包括从下往上依次布置的两个安装板，两个所述安装板之间通过连接柱连接；

每个所述安装板上均设置有两个旋转驱动机构、一个所述第一直线运动机构和一个所述第二直线运动机构；

两个所述旋转驱动机构分别用于带动所述第一直线运动机构和所述第二直线运动机构绕Z轴旋转。

进一步的，旋转驱动机构包括套设在所述第一直线运动机构和所述第二直线运动机构固定端的电机固定件，以及设于所述安装板上的旋转电机，所述旋转电机的输出端与所述电机固定件传动连接。

进一步的，送针机构包括设于下部的所述安装板上的升降电机、设于所述第一固定套和所述第二固定套上的气动夹爪；

所述升降电机的输出端与上部的所述安装板固定连接；上部的所述安装板滑动套设在所述连接柱上；通过所述升降电机驱动位于上部的气动夹爪升降；

两个所述气动夹爪可单独控制的夹持在穿刺针上，通过两个所述气动夹爪交替的对穿刺针进行夹持，并在所述升降电机的驱动下控制穿刺针进针和退针。

在本申请实施例中，通过设置第一固定部、第二固定部、送针机构和驱动组件；驱动组件设置为两组并上下分布；每个驱动组件均包括第一直线运动机构、第二直线运动机构、连接件和连接关节；第一直线运动机构和第二直线运动机构均可绕Z轴旋转；连接件的第一端固定在第一直线运动机构的输出端，并同时与第二直线运动机构的输出端通过竖直轴铰接；连接件的第二端通过X方向转轴与连接关节铰接；第一固定部和第二固定部分别通过一个Y方向转轴铰接在其中一个驱动组件的连接关节上和另一个驱动组件的连接关节上；第一固定部和第二固定部滑动连接；第二固定部用于安装穿刺针，送针机构用于驱动穿刺针沿其轴向进针或退针，达到了由两个驱动组件内的第一直线运动机构和第二直线运动机构同步动作带动位于第二固定部上的穿刺针在水平方向平移、绕Z轴旋转的姿态调整，由两个驱动组件内的第一直线运动机构和第二直线运动机构分别动作来带动位于第二固定部上的穿刺针在绕X轴偏转和绕Y轴偏转的姿态调整，并由送针机构实现穿刺针进针和退针的目的，从而实现了使该穿刺机器人具有5个自由度动作，并使其整体具有更小的体积及重量，以及更高的自由度和更多的工作空间的技术效果，进而解决了相关技术中的穿刺机器人体积较大，工作空间较小，能够穿刺的姿态类型较少，以及可调整的姿态角度较小的问题。

本发明所涉及的小型化穿刺机器人，因其体积小巧，可固定于患者腹部、背部、侧背部、前胸部，也可安装于机械臂上，侧立于患者身旁。本申请中的穿刺机器人通过联合驱动两层驱动组件的第一直线运动机构与第二直线运动机构，来引导穿刺针的入针位置和姿态，通过送针机构实现穿刺针在其轴向方向的运动。本申请机器人可在狭小范围内完成自主穿刺或医生遥控穿刺，可固定于人体补偿呼吸运动，也适合与现有的光学仪器导航、CT导航、超声导航等联合使用。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例的结构示意图；

图2为本申请实施例的爆炸结构示意图；

图3为本申请实施例的侧视结构示意图；

图4为本申请实施例的正视结构示意图；

图5为本申请实施例的俯视结构示意图；

图6为本申请实施例中穿刺针绕Y轴偏转的结构示意图；

图7为本申请实施例中穿刺针绕Y轴偏转的结构示意图；

图8为本申请实施例中穿刺针绕Z轴偏转的结构示意图；

图9为本申请实施例中穿刺针绕X轴偏转的结构示意图；

图10为本申请实施例中穿刺针绕X轴偏转的结构示意图；

图11为本申请实施例中穿刺针平移伸长的结构示意图；

图12为本申请实施例中气动夹爪的结构示意图；

图13为本申请实施例中气动夹爪的内部结构示意图；

图14为本申请实施例中气动夹爪的剖视结构示意图；

其中，1驱动组件，101第一直线运动机构，102第二直线运动机构，2旋转驱动机构，201电机固定件，3连接件，311第一连接头，312连接板，313第二连接头，314连接关节，3141连接耳座，4安装板，5穿刺针，6直线导轨，7a第一固定部，7b第二固定部，71第一固定套，72第二固定套，18气动夹爪，181进气管，182夹持活塞，183气动腔，184外部构件，19连接柱，20升降电机。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。

在本申请中，术语“上”、“下”、“内”、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。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“设置”、“设有”、“连接”、“固定”等应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

为提高医生在患者身上进行针穿刺操作的精度和效率，相关技术中采用穿刺机器人进行辅助穿刺。由穿刺机器人通过姿态调整确定穿刺针的穿刺位置和穿刺角度，因此针能够穿刺的位置和角度也直接受到穿刺机器人能够引导的姿态和角度的限制。并且在一些情况下穿刺机器人需要固定在患者的身体上，因此要求穿刺机器人的体积和重量要求较高。

为此，本申请提供一种小型化穿刺机器人，以实现在穿刺机器人体积和重量较小的同时使其具有更大的工作空间、更大的调整姿态角和更多的姿态的目的。具体如下所示：

如图1至图5所示，本申请实施例提供了一种小型化穿刺机器人，该小型化穿刺机器人包括：

第一固定部7a、第二固定部7b、送针机构和驱动组件1；

驱动组件1设置为两组并上下分布；

每个驱动组件1均包括第一直线运动机构101、第二直线运动机构102、连接件3和连接关节314；第一直线运动机构101和第二直线运动机构102均可绕Z轴旋转，Z轴为垂直于水平面的轴；

连接件3的第一端固定在第一直线运动机构101的输出端，并同时与第二直线运动机构102的输出端通过竖直轴铰接；连接件3的第二端通过X方向转轴与连接关节314铰接；

第一固定部7a和第二固定部7b分别通过一个Y方向转轴铰接在其中一个驱动组件1的连接关节314上和另一个驱动组件1的连接关节314上；X方转轴的轴线和Y方向转轴的轴线水平设置且互相垂直，Z轴垂直于X方向转轴的轴线；

第二固定部7b用于安装穿刺针5，第二固定部7b上固设有直线导轨6，直线导轨6的轴线与穿刺针5的轴线位于同一平面并保持平，直线导轨6的上端滑动贯穿所述第一固定部7a；第一直线运动机构101的输出端和第二直线运动机构102的输出端之间的间距沿X轴方向逐渐减小；X轴与X方向转轴的轴线重合；

所述送针机构用于驱动穿刺针沿其轴向进针或退针。

本实施例，驱动组件1作为该小型化穿刺机器人的驱动部分，由于驱动组件1的动作用于带动穿刺针5的移动，因此需要通过其他部件将驱动组件输出的动力作用至穿刺针上。驱动组件1在本实施例中设置为两组并上下分布，两组驱动组件1的结构整体上大致相同。

每一组驱动组件1均由第一直线运动机构101、第二直线运动机构102、连接件3和连接关节314四部分组成。其中，第一直线运动机构101和第二直线运动机构102的结构相同，二者可并排布置在同一水平面。第一直线运动机构101和第二直线运动机构102均由固定端和输出端两部分组成，其中输出端可在固定端上直线移动，其可采用直线电机、气缸、液压缸或丝杠传动结构等等。

第一直线运动机构101和第二直线运动机构102的输出端均可单独的伸出或收缩，而为使第一直线运动机构101和第二直线运动机构102可单独的绕Z轴进行旋转。本实施例中通过旋转驱动机构2来实现，即第一直线运动机构101和第二直线运动机构102分别对应一个旋转驱动机构2。旋转驱动机构2也由输出端和固定端两部分组成，其中输出端可绕Z轴旋转。当将旋转驱动机构2的输出端与第一直线运动机构101和第二直线运动机构102的固定端连接时，可通过控制旋转驱动机构2来控制第一直线运动机构101和第二直线运动机构102的旋转方向、旋转角度和旋转速度。

通过第一直线运动机构101和第二直线运动机构102组成一个可施加沿X轴方向平移动作的输出结构，并在旋转驱动机构的作用下同时组成一个可施加绕Z轴方向旋转动作的输出结构。对于穿刺针在X方向上的平移姿态调整而言，需要保持上下两组驱动组件的第一直线运动机构101和第二直线运动机构102同步伸出或同步收缩即可。对于穿刺针5在绕Z轴旋转的姿态调整而言，需要由旋转驱动机构带动对应的第一直线运动机构101和第二直线运动机构102旋转，并使得位于旋转方向内侧的直线运动机构收缩，外侧的直线运动机构伸出。

由于本实施例中驱动组件设置为上下排布的两组，因此当需要控制穿刺针5绕Y轴偏转和绕X轴偏转时需要上下两组的驱动组件同时向穿刺针5施加作用力。因此，本实施例中使第一固定部7a和第二固定部7b在穿刺针姿态调整中始终保持滑动连接的方式，通过第一固定部7a和第二固定部7b使得上下两组驱动组件的运动能够合力至穿刺针5上，从而可实现穿刺针5在绕Y轴偏转和绕X轴偏转上的姿态调整。并且在上述两种偏转的姿态调整中需要使用连接关节314与第一固定部7a和第二固定部7b进行配合实现。

以下对多种姿态调整进行分别说明：

1、如图11所示，穿刺针5垂直时在水平方向上直线移动：

上下排布的两个第一直线运动机构101的输出端的轴线位于同一竖直平面内，两个第二直线运动机构102的输出端的轴线位于同一竖直平面。此时通过控制两个第一直线运动机构101和两个第二直线运动机构102同步伸出即可控制安装在第二固定部7b上的穿刺针5在X轴方向上直线伸出，同理当控制两个第一直线运动机构101和两个第二直线运动机构102同步收缩即可控制安装在第二固定部7b上的穿刺针5在X轴方向上直线缩回。

2、如图8所示，穿刺针5绕Z轴旋转：

每个第一直线运动机构101和第二直线运动机构102均单独由一个旋转驱动机构来实现绕Z轴的旋转。由于每组驱动组件中的第一直线运动机构101和第二直线运动机构102布置在水平面上，因此第一直线运动机构101和第二直线运动机构102的输出端在旋转的过程中二者端部之间的距离将会产生变化。而由于第一直线运动机构101和第二直线运动机构102的输出端由共同连接在连接件3的第一端上，因此需要遏制两个直线运动机构的输出端之间的距离变化。

因此本实施中在第一直线运动机构101和第二直线运动机构102旋转的过程中使位于旋转方向内侧的直线运动机构控制输出端收缩，外侧的直线运动机构控制输出端伸长或保持，并使得连接件3与其中一个输出端固定连接，与另一个输出端通过竖直轴铰接。通过上述结构的设置才可使得穿刺针实现绕Z轴旋转的姿态调整。

3、如图6和图7所示，穿刺针5绕Y轴偏转：

本实施例中的穿刺针5绕Y轴偏转需要控制位于上部驱动组件1内的连接关节314和位于下部驱动组件1内的连接关节314在X轴方向上具有位置差来实现。即控制上部的第一直线运动机构101和第二直线运动机构102与下部的第一直线运动机构101和第二直线运动机构102具有不同的运动输出，使得对应的连接关节314具有位置差。由于两个连接关节314分别通过Y方向转轴和第一固定部7a、第二固定部7b铰接，在当两个连接关节314具有X方向上的位置差时，会拉动第一固定部7a和第二固定部7b绕Y轴旋转一定的角度，从而使得位于第二固定部7b上的穿刺针5绕Y轴偏转。该偏转角度的大小由两个连接关节314之间的位置差大小来决定。

4、如图9和图10所示，穿刺针5绕X轴偏转；

本实施例中的穿刺针5绕X轴偏转需要控制位于上部驱动组件内的连接关节314和位于下部驱动组件内的连接关节314在Y轴方向上具有位置差来实现。

具体的，位于上部的旋转驱动机构2带动对应的第一直线运动机构101和第二直线运动机构102同步顺时针或逆时针旋转，与此同时位于旋转方向内侧的直线运动机构同步收缩，而位于外侧的直线运动机构则同步伸长。而位于下部的旋转驱动机构2则带动对应的第一直线运动机构101和第二直线运动机构102可不动或进行不同于上部运动方向和/或运动距离的运动。使得上部的连接关节314和下部的连接关节314在Y轴方向上具有位置差，由于两个连接关节314通过第一固定部7a和第二固定部7b进行连接，而连接关节314由于连接件3的第二端之间通过X方向转轴铰接，上述运动会带动连接关节314绕X轴旋转一定的角度，从而带动第一固定部7a和第二固定部7b也旋转一定的角度，使得位于第二固定部7b上的穿刺针5同步偏转对应的角度，该角度的大小同样由两个连接关节314之间位置差的大小来确定。

在此过程中第一固定部7a和第二固定部7b之间的间距会增加，但是二者在保持滑动连接的关系。

由送针机构带动穿刺针沿自身轴向进行进针和退针，送针机构可为能够推动穿刺针往复直线运动的机构。本申请中的穿刺机器人采用两组并联式的结构，整体尺寸紧凑，全部收缩回来长110mm，宽90mm，高66mm，并且重量轻，总质量只有500g左右。该小型化穿刺机器人紧凑、体积小、重量轻、成本低，可在狭小范围内完成自主穿刺或医生遥控穿刺，避免医生遭受辐射，可固定于人体胸部、腹部、侧背部、背部等地方并且补偿呼吸运动，也适合与现有的光学仪器导航、CT导航、超声导航等联合使用。

如图6至图11所示，采用本实施例中的穿刺机器人可使得穿刺针5具有五个自由度的姿态调整，相对于相关技术中需要采用正交的移动平台来实现穿刺针5的水平方向的平移，还需要采用活塞机构类的直线结构来实现穿刺针5绕Y轴的偏转的技术方案而言，本实施例通过旋转机构和并联的两组第一直线运动机构101和第二直线运动机构102即可实现穿刺针5在多个方向上的姿态调整。相对于安装有移动平台的机器人而言，该穿刺机器人在体积上会更小，同时由于上下两部分的运动机构均可主动动作，因此可增加工作空间，横切面穿刺针可调整姿态大，可调整的姿态类型更多，姿态角度更大的优点，并且由于体积小带来重量小的优势，使其可安全的安装在患者的体表，可随患者运动而运动，在保证了安全的同时对因患者呼吸运动而造成的穿刺误差具有一定补偿作用。

为减小整个装置的体积，第一直线运动机构101的输出端和第二直线运动机构102的输出端之间的间距沿直线伸出方向逐渐减小，使得每个驱动组件1内的第一直线运动机构101和第二直线运动机构102均形成三角构型，在减小的体积的同时还可具有更多的运动空间。

如图1至图2所示，连接件3作为穿刺针5运动自由度的提供部分，本实施例对连接件3的结构进行进一步说明：

连接件3包括连接板312和设于连接板312第一端的第一连接头311和第二连接头313；第一连接头311固定在连接板312的端部，第二连接头313通过竖直轴铰接在第一连接头311上，以使第二连接头313可相对于第一连接头311绕Z轴旋转；第一连接头311与第一直线运动机构101的输出端连接，第二连接头313与第二直线运动机构102的输出端连接。

连接板312的形状可设置为L型，包括水平部和竖直部。其水平面位于上部，连接板312安装在第一直线运动机构101和第二直线运动机构102的输出端的远端，第一连接头311和第二连接头313作为与直线运动机构输出端的直接连接部分。

连接板312的上端（即水平部）开设有安装孔和定位孔。位于上端的定位孔与第一连接头311法兰连接，从而将第一连接头311固定在连接板312的上端。第二连接头313安装在第一连接头311的下方，第一连接头311和第二连接头313之间通过连接轴承连接，而连接轴承则可通过连接板312上的安装孔进行安装，使得第二连接头313与第一连接头311之间可绕Z轴相对旋转，从而满足穿刺针的绕Z轴旋转以及绕X轴偏转。

第一连接头311和第二连接头313均包括环形部和位于环形部外侧的安装部，两环形部之间通过竖直轴铰接，安装部固设在对应的第一直线运动机构101的输出端和第二直线运动机构102的输出端上。

具体的，需要说明的是，第一连接头311和第二连接头313的侧面分别与第一直线运动机构101和第二直线运动机构102的输出端连接。具体的，第一连接头311和第二连接头313的结构相同均包括圆形部和设于圆形部侧面的安装部，安装部上开设有轴孔，第一直线运动机构101和第二直线运动机构102的输出端分别套设固定在对应的轴孔内。

如图1和图2所示，所述连接关节314设置为连接耳座3141和连接耳板；

连接耳座3141通过X方向转轴铰接在连接板的第二端；连接耳板通过Y方向转轴铰接在对应的连接耳座3141上；

第一固定部7a和第二固定部7b固设在对应的连接耳板上。

具体的，需要说明的是，连接板312的下端（即垂直部）也开设有安装孔和定位孔。连接耳座3141安装在连接板312的下端，连接耳座3141和连接板312之间通过连接轴承连接，连接轴承则通过安装孔与连接耳座3141连接，使得连接耳座3141可绕X轴旋转。

连接耳座3141两个侧板内安装有连接轴承，两个连接轴承之间通过转轴连接，连接耳板安装在连接耳座的两个侧板之间并套设在转轴上，使得连接耳板可绕Y轴旋转。

连接耳座3141上安装连接耳板的位置为一个通槽结构，从而可减小对连接耳板旋转角度的限制，使得连接耳板安装在连接座上后具有更大的旋转角度。第一固定部7a与对应的连接耳板可一体成型，第二固定部7b和对应的连接耳板也可采用一体成型的方式。

如图1和图2所示，第一固定部7a和第二固定部7b分别设置为第一固定套71和第二固定套72；

第一固定套71固设于其中一个驱动组件1的连接耳板上，第二固定套72固设于另一个驱动组件1的连接耳板上；

第一固定套71和第二固定套72之间滑动连接有直线导轨6；第二固定套72上开设有用于固定穿刺针5的安装孔。

具体的，需要说明的是，第一固定套71可固定在上部驱动组件1的连接耳板上，第二固定套72可固定在下部驱动组件1的连接耳板上。第一固定套71上开设有用于直线导轨6穿过的通孔，第二固定套72上开设有用于直线导轨6下端固定的通孔和固定穿刺针5的通孔。直线导轨6和穿刺针5之间始终保持平行，从而通过直线导轨6来保持穿刺针5的运动构型。

当穿刺针5在绕X轴偏转时，直线导轨6也同步在第一固定套71内滑动，以调整第一固定套71和第二固定套72之间的间距。与此同时连接耳板、连接耳座3141、第二连接头313、第一连接头311和连接板312均会相对旋转一定的角度。

如图1和图2所示，每个驱动组件1的第一直线运动机构101的输出端的轴线和第二直线运动机构102的输出端的轴线位于同一水平面，从而便于对第一直线运动机构101和第二直线运动机构102的运动解算。

为实现上下两组驱动机构中的第一直线运动机构101、第二直线运动机构102和旋转驱动机构2的安装，本实施例中，至少还包括从下往上依次布置的两个安装板4，两个安装板4之间通过连接柱连接；

每个安装板4上均设置有两个旋转驱动机构2、一个第一直线运动机构101和一个第二直线运动机构102。

每个安装板4上的旋转驱动机构2左右分布，第一直线运动机构101和第二直线运动机构102也左右分布。由于穿刺针5具有绕Y轴偏转的自由度，因此当绕Y轴逆时针旋转时，位于底部的安装板4需要预留出穿刺针5的旋转空间。为此，本实施例中位于底部的安装板4上开设有凹槽。

如图1和图2所示，旋转驱动机构2包括套设在第一直线运动机构101和第二直线运动机构102固定端的电机固定件201，以及设于安装板4上的旋转电机，旋转电机的输出端与电机固定件201传动连接。

具体的，需要说明的是，旋转电机固定在安装板4上，旋转电机的轴延伸出安装板4后固定在电机固定件201内，通过旋转电机带动电机固定件201旋转，从而带动对应的第一直线运动机构101和第二直线运动机构102旋转。

为便于上部旋转电机的轴的安装，本实施例中还包括一个顶板8，顶板8位于装置的最顶端，上部旋转电机的轴可延伸入顶板8内并通过轴承连接。

如图12至图14所示，本实施例针对送针机构进行详细说明：

本申请中穿刺针5的进针和退针通过控制位于上部的安装板4以及该安装板4上的旋转驱动机构2、第一直线运动机构101和第二直线运动机构102同步升降，并配合对穿刺针5上下两部间隙性夹持和松开的方式来实现，具体如下所示：

送针机构包括设于下部的安装板4上的升降电机20、设于第一固定套71和第二固定套72上的气动夹爪18；

升降电机20的输出端与上部的安装板4固定连接；上部的安装板4滑动套设在连接柱19上；

两个气动夹爪18可单独控制的夹持在穿刺针5上。

本实施例中，气动夹爪18设置为两个并分别安装在第一固定套71和第二固定套72上，两个气动夹爪18可单独的对穿刺针5进行夹持和松开操作。当需要穿刺针5进针时，第二固定套72上的气动夹爪18取消对穿刺针5的夹持，第一固定套71上的气动夹爪18保持对穿刺针5的夹持，同时升降电机20带动安装板4下降，从而带动位于安装板4上的旋转驱动机构2、第一直线运动机构101和第二直线运动机构102同步下降，以及上部的连接板312和第一固定套71同步下降。由于此时位于第一固定套71上的气动夹爪18夹持固定穿刺针5，因此穿刺针5将随着升降电机20而下降。

由于穿刺针5的单次进针行程由升降电机20的最大下降行程来确定，对于小型的穿刺机器人而已，其整体体积较小，导致穿刺针5的单次进针较小。为此本实施例中通过控制两个气动夹爪18来分别对穿刺针5进行夹持和松开。具体的，当穿刺针5完成一次下降进针后，位于第二固定套72上的气动夹爪18夹持固定穿刺针5，位于第一固定套71上的气动夹爪18松开穿刺针5，升降电机20带动上部安装板4上的各个部件以及第一固定套71和对应的气动夹爪18上升至最大上升行程。然后位于第一固定套71上的气动夹爪18夹持固定穿刺针5，位于第二固定套72上的气动夹爪18松开穿刺针5，再次重复上述的进针动作。通过该方式可实现多次进针，从而使穿刺针5达到穿刺针5位置完成穿刺。

对于穿刺针5的退针同理操作，对此本申请不再赘述。

对于气动夹爪18的结构本实施例进行详细说明：

气动夹爪18包括外部构件184，外部构件184内具有两个相对设置的气动腔183，两个气动腔183连通，穿刺针5可穿过两个气动腔183的连通处，每个气动腔183内均设置有一个夹持活塞182，在安装夹持活塞182后，气动腔183呈封闭状态，并在气动腔183的一端连接进气管181。通过进气管181向气动腔183内通入气体从而推动夹持活塞182相对移动，继而对穿刺针5进行夹持。为便于夹持活塞182和穿刺针5的贴合，在夹持活塞182的相对侧设置有半圆形凹槽，当两个夹持活塞182贴紧时，两个半圆形凹槽匹配形成一个与穿刺针5轮廓贴合的圆形。

对于本申请中的送针机构而言，当穿刺针5处于垂直于水平面的状态时，连接关节314、第一固定套71和第二固定套72均处于不动的状态，只需要由升降电机20和气动夹爪18配合即可实现进针和退针。但是对于穿刺针5呈倾斜状态时，需要考虑升降电机20的移动方向与穿刺针5的轴向并不相同而带来的问题。对此，本申请中巧妙的利用了连接关节314的铰接结构以及第一固定套71和第二固定套72的铰接结构，使得穿刺针5即使处于倾斜的状态，其在升降电机20升降时依然能够通过连接关节314的旋转动作以及第一固定套71和第二固定套72的旋转动作来保持直线的形态并实现进针和退针。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种小型化穿刺机器人，其特征在于，包括：第一固定部、第二固定部、送针机构和驱动组件；

所述驱动组件设置为两组并上下分布；

每个所述驱动组件均包括第一直线运动机构、第二直线运动机构、连接件和连接关节；所述第一直线运动机构和所述第二直线运动机构均可绕Z轴旋转；Z轴为垂直于水平面的轴；

所述连接件的第一端固定在所述第一直线运动机构的输出端，并同时与所述第二直线运动机构的输出端通过竖直轴铰接；所述连接件的第二端通过X方向转轴与所述连接关节铰接；

所述第一固定部和所述第二固定部分别通过一个Y方向转轴铰接在其中一个所述驱动组件的连接关节上和另一个所述驱动组件的连接关节上；X方向转轴的轴线和Y方向转轴的轴线水平设置且互相垂直，Z轴垂直于X方向转轴的轴线；

所述第二固定部用于安装穿刺针，所述第二固定部上固设有直线导轨，所述直线导轨的轴线与穿刺针的轴线位于同一平面并保持平行，所述直线导轨的上端滑动贯穿所述第一固定部；所述第一直线运动机构的输出端和所述第二直线运动机构的输出端之间的间距沿X轴方向逐渐减小；X轴与X方向转轴的轴线重合；

所述送针机构用于驱动穿刺针沿其轴向进针或退针。

2.根据权利要求1所述的小型化穿刺机器人，其特征在于，所述连接件包括连接板和设于所述连接板第一端的第一连接头和第二连接头；

所述第一连接头固定在所述连接板的端部，所述第二连接头通过竖直轴铰接在所述第一连接头上，以使所述第二连接头可相对于所述第一连接头绕Z轴旋转；

所述第一连接头与所述第一直线运动机构的输出端连接，所述第二连接头与所述第二直线运动机构的输出端连接。

3.根据权利要求2所述的小型化穿刺机器人，其特征在于，所述第一连接头和所述第二连接头均包括环形部和位于所述环形部外侧的安装部，两所述环形部之间通过竖直轴铰接，所述安装部固设在对应的所述第一直线运动机构的输出端和所述第二直线运动机构的输出端上。

4.根据权利要求2或3所述的小型化穿刺机器人，其特征在于，每个所述驱动组件还包括两个旋转驱动机构，两个所述旋转驱动机构分别与所述第一直线运动机构和第二直线运动机构连接，分别用于驱动所述第一直线运动机构和所述第二直线运动机构绕Z轴旋转。

5.根据权利要求2或3所述的小型化穿刺机器人，其特征在于，所述连接板包括水平部和竖直部，所述第一连接头固定在所述水平部的内侧；

所述连接关节通过X方向转轴铰接在所述竖直部的外侧。

6.根据权利要求2或3所述的小型化穿刺机器人，其特征在于，所述连接关节设置为连接耳座和连接耳板；

所述连接耳座通过X方向转轴铰接在所述连接板的第二端；所述连接耳板通过Y方向转轴铰接在对应的所述连接耳座上；

所述第一固定部和所述第二固定部固设在对应的连接耳板上。

7.根据权利要求6所述的小型化穿刺机器人，其特征在于，所述第一固定部和所述第二固定部分别设置为第一固定套和第二固定套，所述第一固定套固设于其中一个驱动组件的连接耳板上，所述第二固定套固设于另一个所述驱动组件的连接耳板上；

所述第一固定套和所述第二固定套之间滑动连接有直线导轨。

8.根据权利要求7所述的小型化穿刺机器人，其特征在于，还包括从下往上依次布置的两个安装板，两个所述安装板之间通过连接柱连接；

每个所述安装板上均设置有两个旋转驱动机构、一个所述第一直线运动机构和一个所述第二直线运动机构；

两个所述旋转驱动机构分别用于带动所述第一直线运动机构和所述第二直线运动机构绕Z轴旋转。

9.根据权利要求8所述的小型化穿刺机器人，其特征在于，所述旋转驱动机构包括套设在所述第一直线运动机构和所述第二直线运动机构固定端的电机固定件，以及设于所述安装板上的旋转电机，所述旋转电机的输出端与所述电机固定件传动连接。

10.根据权利要求8所述的小型化穿刺机器人，其特征在于，所述送针机构包括设于下部的所述安装板上的升降电机、设于所述第一固定套和所述第二固定套上的气动夹爪；

所述升降电机的输出端与上部的所述安装板固定连接；上部的所述安装板滑动套设在所述连接柱上；通过所述升降电机驱动位于上部的气动夹爪升降；

两个所述气动夹爪可单独控制地夹持在穿刺针上，通过两个所述气动夹爪交替地对穿刺针进行夹持，并在所述升降电机的驱动下控制穿刺针进针和退针。

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