CN115252143A - 手术导航定位机器人及电动末端执行器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种手术导航定位机器人及电动末端执行器，该电动末端执行器包括直线模组、驱动模组、上夹爪和下夹爪；上夹爪包括上部连接件，上部连接件上端设置有限位件，上部连接件的下端开设有卡槽；下夹爪包括下部连接件和旋转盖，下部连接件设于直线模组的固定端；下部连接件上开设有导针槽，旋转盖铰接于下部连接件的侧面；旋转盖与下部连接件通过扭簧连接，旋转盖上开设有与导针槽对应的定位槽；驱动模组包括设于直线模组固定端的驱动机构和与驱动机构连接的牵引绳，牵引绳远离驱动机构的一端与旋转盖连接。本申请解决了相关技术中对于具有针头夹爪和针尾夹爪的末端执行器，在夹持和释放穿刺针时操作复杂，无法快速释放的问题。

Description

手术导航定位机器人及电动末端执行器

技术领域

本申请涉及穿刺机器人技术领域，具体而言，涉及一种电动末端执行器及具有该电动末端执行器的手术导航定位机器人。

背景技术

机器人穿刺可以有效提高穿刺手术的稳定性和精准性，机器人能够稳定地夹持穿刺针，保持穿刺位置和穿刺角度。机器人通过末端执行器夹持穿刺针并进行穿刺进针操作，末端执行器需要具有夹持穿刺针和穿刺进针的功能。此外，末端执行器还要能快速释放穿刺针：患者误动时，快速释放穿刺针避免对患者造成伤害；穿刺完成后，释放穿刺针，穿刺针与患者一同进行CT扫描以验证穿刺是否到位。

现有方案需要手动夹持和释放穿刺针，通过旋钮、螺栓以及与其联动的夹爪等夹持穿刺针，对于设计有两个夹爪分别在针尾和针头夹持穿刺针的方案，更需要手动操作两次，操作复杂费时，不能快速释放。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种电动末端执行器，以解决相关技术中对于具有针头夹爪和针尾夹爪的末端执行器，在夹持和释放穿刺针时操作复杂，无法快速释放的问题。

为了实现上述目的，本申请提供了一种电动末端执行器，该电动末端执行器包括：直线模组、驱动模组、上夹爪和下夹爪；其中，

所述上夹爪包括上部连接件，所述上部连接件设于所述直线模组的输出端，所述上部连接件上端设置有限位件，所述上部连接件的下端开设有卡槽，穿刺针的针头部分通过卡槽卡入所述上部连接件内并与所述限位件相抵，由所述限位件限制穿刺针在轴向上的移动；

所述下夹爪包括下部连接件和旋转盖，所述下部连接件设于所述直线模组的固定端；所述下部连接件上开设有用于容纳穿刺针的针体部分的导针槽，所述旋转盖铰接于所述下部连接件的侧面；

所述旋转盖与所述下部连接件通过扭簧连接，所述旋转盖上开设有与所述导针槽对应的定位槽，所述定位槽可随着旋转盖的旋转而朝向或远离所述导针槽移动；

所述驱动模组包括设于所述直线模组固定端的驱动机构和与所述驱动机构连接的牵引绳，所述牵引绳远离所述驱动机构的一端与所述旋转盖连接，用于驱动所述旋转盖旋转。

进一步的，上部连接件包括第一力传感器、上连杆和第一底座；

所述第一力传感器设于所述直线模组的输出端，所述上连杆的第一端与所述第一力传感器的检测端固定连接，第二端与所述第一底座固定连接；

所述限位件和所述卡槽设于所述第一底座上。

进一步的，第一底座上开设有针头容纳槽，所述针头容纳槽的开口方向与所述卡槽的开口方向相同，且所述针头容纳槽与所述卡槽连通；

所述限位件设于所述针头容纳槽的上端。

进一步的，限位件包括设于所述第一底座上端的尾部固定板、第二力传感器和软胶垫；

所述第二力传感器和软胶垫设于所述针头容纳槽内，所述第二力传感器的固定端与所述尾部固定板连接，所述软胶垫设于所述第二力传感器的检测端，在穿刺过程中所述软胶垫与穿刺针的针头相抵。

进一步的，上部连接件还包括限位环，所述限位环卡设在所述卡槽内，所述限位环上开设有用于穿刺针穿过的第一穿针孔。

进一步的，限位环包括圆锥部和圆柱部，所述第一穿针孔贯穿所述圆锥部和圆柱部，所述第一穿针孔与穿刺针滑动连接；

所述圆锥部大径端的直径大于所述圆柱部的直径，所述圆柱部位于所述圆锥部的小径端；

所述卡槽内开设有与所述圆锥部贴合的圆锥面，以及与所述圆柱部贴合的圆柱面。

进一步的，第一力传感器的检测端设置有第一安装臂，所述第一安装臂上开设有第一安装槽，所述上连杆的第一端插接在所述第一安装槽内并通过螺栓锁紧。

进一步的，上连杆设置为Z型结构，

进一步的，下部连接件包括下连杆和第二底座，所述下连杆的第一端与所述直线模组的固定端连接，第二端与所述第二底座连接；

所述导针槽开设在所述第二底座上，所述旋转盖通过扭簧与所述第二底座的侧面铰接。

进一步的，导针槽与所述卡槽同轴。

进一步的，第二底座上设置有转轴，所述转轴的轴线与穿刺针的轴线平行，所述转轴的端部延伸出所述第二底座并与所述旋转盖连接。

进一步的，下部连接件还包括限位块，所述限位块内开设有用于穿刺针穿过的第二穿针孔；

所述限位块卡设于所述导针槽内，所述限位块的端部延伸出所述导针槽并与所述定位槽对应。

进一步的，限位块包括大圆柱部和位于所述大圆柱部两端的小圆柱部，所述导针槽内开设有与所述大圆柱部对应的槽口；

所述大圆柱部卡设在所述槽口内，所述槽口的两侧壁与所述小圆柱部的外端面接触。

进一步的，限位块包括第一限位体和第二限位体，所述第一限位体和所述第二限位体可沿所述导针槽的径向对接，第一限位体和第二限位体内开设有穿针槽，在对接后形成所述第二穿针孔。

进一步的，旋转盖包括两个盖体和连接于两个所述盖体之间的连接体；

两个所述盖体沿所述导针槽的轴向分布，且两个所述盖体分别位于所述导针槽的两端，所述定位槽开设在所述盖体上，所述限位块的两端均延伸出所述导针槽并与两端的所述定位槽对应；

所述盖体与所述转轴铰接，所述连接体与所述牵引绳连接。

进一步的，定位槽设置为与所述小圆柱部对应的弧形槽，所述定位槽的深度大于等于所述导针槽的开口宽度。

进一步的，直线模组的下端固设有第二安装臂，所述第二安装臂上开设有第二安装槽，所述下连杆的第一端插接在所述第二安装槽内并通过螺栓锁紧。

进一步的，直线模组包括滑轨、丝杆、滑块和丝杠电机；

所述丝杠设于所述滑轨内，所述滑块卡设于所述滑轨上并与所述丝杆螺纹连接，所述丝杆电机固设于滑轨的端部并与所述丝杆传动连接；

所述驱动机构包括舵机和舵盘，所述舵机固设于所述滑轨的端部并与所述舵盘传动连接，所述牵引绳固设于所述舵盘上。

进一步的，滑轨的端部设置有安装板，所述丝杆电机和所述舵机均固设于所述安装板上；

所述滑轨的侧面设置有导向管，所述牵引绳远离所述舵盘的一端穿过所述导向管后与所述旋转盖连接；所述牵引绳设置为钢丝绳。

根据本申请的另一方面，提供一种手术导航定位机器人，包括上述的电动末端执行器。

在本申请实施例中，由上夹爪和下夹爪分别对穿刺针的针头和针尾部分进行夹持，由直线模组驱动上夹爪在夹持穿刺针后直线移动，实现进针的操作。在未夹持穿刺针时，下夹爪中的旋转盖在扭簧的作用下定位槽处于锁定位置，此时穿刺针无法放入定位槽和导向槽内。穿刺针在夹持时通过驱动机构拉动牵引绳使旋转盖旋转，使得定位槽处于解锁位置，此时穿刺针可放入导针槽内。将穿刺针的针头部分通过卡槽卡入上夹爪的上部连接件内并使针头的上端与限位件相抵，将穿刺针的针尾部分卡入导针槽内，最后由驱动机构松开牵引绳，旋转盖在扭簧的作用下复位并使定位槽回到锁定位置，导针槽和定位槽共同作用夹持穿刺针的针尾部分。在释放时则由驱动机构拉动牵引绳，使旋转盖旋转将定位槽由锁定位置转变为解锁位置，此时即可将穿刺针同时从导针槽和卡槽内取出，完成穿刺针的释放。

在本实施例中，达到了由直线模组控制上夹爪动作实现进针，穿刺针与上夹爪之间采用卡接的方式进行连接，穿刺针由下夹爪进行夹持，由驱动机构控制下夹爪中的旋转盖动作即可实现穿刺针的夹持和释放的目的，从而实现了在对穿刺针的针头部分和针尾部分同时夹持并可电动进针的情况下，依然能够对穿刺针进行快速夹持和释放的技术效果，进而解决了相关技术中对于具有针头夹爪和针尾夹爪的末端执行器，在夹持和释放穿刺针时操作复杂，无法快速释放的问题。

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是根据本申请实施例的装配结构示意图；

图2是根据本申请实施例的中第一底座的结构示意图；

图3是根据本申请实施例中第一底座的剖视结构示意图；

图4是根据本申请实施例中限位环的结构示意图；

图5是根据本申请实施例中旋转盖位于解锁位置的结构示意图；

图6是根据本申请实施例中旋转盖位于锁定位置的结构示意图；

图7是根据本申请实施例中第二底座的局部结构示意图；

图8是根据本申请实施例中限位块的结构示意图；

其中，1直线模组，101丝杆电机，102滑轨，2舵机，3舵盘，4第一底座，5穿刺针，6第二底座，61导针槽，7上部连接件，71第一力传感器，72上连杆，73第一安装臂，8下部连接件，81下连杆，82第二安装臂，9限位件，91尾部固定板，92第二力传感器，93软胶垫，10卡槽，11旋转盖，110定位槽，12驱动机构，13限位环，131圆锥部，132圆柱部，14限位块，141第一限位体，142第二限位体，143大圆柱部，144小圆柱部，15牵引绳，16针头容纳槽。

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。

机器人通过末端执行器夹持穿刺针并进行穿刺进针操作，末端执行器需要具有夹持穿刺针和穿刺进针的功能。此外，末端执行器还要能快速释放穿刺针：患者误动时，快速释放穿刺针避免对患者造成伤害；穿刺完成后，释放穿刺针，穿刺针与患者一同进行CT扫描以验证穿刺是否到位。

现有方案需要手动夹持和释放穿刺针，通过旋钮、螺栓以及与其联动的夹爪等夹持穿刺针，对于设计有两个夹爪分别在针尾和针头夹持穿刺针的方案，更需要手动操作两次，操作复杂费时，不能快速释放。

为解决上述技术问题，如图1、图2和图5所示所示，本申请实施例提供了一种电动末端执行器，该电动末端执行器包括：直线模组1、驱动模组、上夹爪和下夹爪；其中，

上夹爪包括上部连接件7，上部连接件7设于直线模组1的输出端，上部连接件7上端设置有限位件9，上部连接件7的下端开设有卡槽10，穿刺针5的针头部分通过卡槽10卡入上部连接件7内并与限位件9相抵，由限位件9限制穿刺针5在轴向上的移动；

下夹爪包括下部连接件8和旋转盖11，下部连接件8设于直线模组1的固定端；下部连接件8上开设有用于容纳穿刺针5的针体部分的导针槽61，旋转盖11铰接于下部连接件8的侧面；

如图5和图6所示，旋转盖11与下部连接件8通过扭簧连接，旋转盖11上开设有与导针槽61对应的定位槽110，定位槽110可随着旋转盖11的旋转而朝向或远离导针槽61移动；

驱动模组包括设于直线模组1固定端的驱动机构12和与驱动机构12连接的牵引绳15，牵引绳15远离驱动机构12的一端与旋转盖11连接，用于驱动旋转盖11旋转。

在本实施例中，该电动末端执行器主要由直线模组1、驱动模组、上夹爪和下夹爪组成，其中直线模组1的作用在于通过输出直线运动来实现穿刺针5的进针操作，因此直线模组1采用能够输出直线运动的机构即可，例如直线电机、丝杠机构、直线气缸机构等等。上夹爪和下夹爪分别作为穿刺针5的针头部分和针尾部分的夹持机构。上夹爪固定在直线模组1的输出端，由直线模组1带动直线移动，因此穿刺针5在被上夹爪和下夹爪夹持后，穿刺针5与上夹爪之间相对固定，穿刺针5与下夹爪之间相对滑动，从而实现进针。因此本实施例中上夹爪作为该电动末端中穿刺针5的固定端，下夹爪作为该电动末端中穿刺针5的活动端。

当上夹爪和下夹爪均会主动的对穿刺针5施加夹持力时，在夹持和释放时便需要同时控制上夹爪和下夹爪动作来实现。由于上夹爪处于移动状态，而下夹爪处于固定状态，因此同时控制上夹爪和下夹爪夹持和释放的结构会较为复杂。因此为简化整体结构，本实施例的构思为上夹爪不主动对穿刺针5施加夹持力，而仅由下夹爪对穿刺针5施加一定的夹持力，在该夹持力的作用下能够保持穿刺针5在穿刺过程不会产生偏移，同时也不会对穿刺过程产生干涉。

本实施例中的上夹爪需要具备带动穿刺针5进针，且在释放时穿刺针5易于从上夹爪中脱离的功能。为此，如图1所示，本实施例中的上夹爪主要由上部连接件7组成，上部连接件7安装在直线模组1的输出端，可随直线模组1移动。穿刺针5的针头部分通过卡槽10以水平方向卡入上部连接件7内，且针头部分的上端与上部连接件7上端的限位件9相抵。在穿刺的过程中由于人体组织的阻力会导致穿刺针5具有向上移动的趋势，因此本实施例中的限位件9起到推动穿刺针5进针的同时防止穿刺针5上移。由于上部连接件7未设置主动夹持的结构，因此穿刺针5和上部连接件7之间的稳定连接需要通过卡槽10与穿刺针5的摩擦力或下夹爪与穿刺针5的摩擦力来实现。由于本申请中下夹爪会主动向穿刺针5施加夹持力，因此本实施例中保持穿刺针5的稳定主要由下夹爪来实现。

下夹爪的结构需要考虑到对穿刺针5的稳定夹持和快速释放。为此，如图1所示，本实施例中下夹爪由下部连接件8和旋转盖11两部分组成，下部连接件8作为固定件安装在直线模组1的下端。下部连接件8上沿着穿刺针5的轴向开设有导针槽61，导针槽61为通槽结构，在旋转盖11处于解锁状态时，穿刺针5的针尾部分以水平方向卡入导针槽61内（如图5所示）。旋转盖11铰接在下部连接件8的侧面，旋转盖11与上部连接件7之间通过扭簧进行连接，旋转盖11上开设有定位槽110，定位槽110的开口朝向穿刺针5。在常态下，旋转盖11在扭簧的作用下位于锁定位置（如图6所示），此时导针槽61与定位槽110的位置较近，导针槽61的两端被旋转盖11干涉，虽然此时导针槽61和定位槽110处于连通状态，但是穿刺针5无法以水平方向放入导针槽61内。

在夹持穿刺针5时需要转动旋转盖11至解锁位置（如图5所示），使得导针槽61的两端不受到旋转盖11的干涉，从而可将穿刺针5的针尾部分以水平方向放入导针槽61内，然后再释放旋转盖11，旋转盖11在扭簧的作用下复位至锁定位置（如图6所示）。此时的旋转盖11与穿刺针5接触，同时向穿刺针5施加水平方向上的推力，在该推力的作用下穿刺针5被夹持在导针槽61内，同时该推力也不会影响穿刺针5在上夹爪作用下的进针。在释放穿刺针5时则需要反向转动旋转盖11，再次使得导针槽61的两两端不受到旋转盖11的干涉。此时穿刺针5失去了旋转盖11施加的夹持力，操作人员可以水平方向将穿刺针5同时从上夹爪和下夹爪中取出即可。

在本实施例中下夹爪对穿刺针5的夹持和释放均由旋转盖11旋转来实现，即旋转盖11正向旋转实现穿刺针5的夹持，反向旋转实现穿刺针5的释放。如图1所示，本实施例中通过驱动机构12和牵引绳15配合来实现旋转盖11的两个方向旋转。驱动机构12安装在直线模组1上，可与直线模组1的驱动端安装在同一位置，便于控制和线路连接。驱动机构12可拉动牵引绳15或放出牵引绳15，由于牵引绳15与旋转盖11连接，当牵引绳15被拉动时，旋转盖11将在拉力作用下旋转而打开导针槽61，当牵引绳15被放出时，旋转盖11在扭簧作用下旋转而关闭导针槽61。牵引绳15的拉动和放出可通过驱动机构12旋转或驱动机构12升降来实现，为减小装置的体积，优选为驱动机构12旋转实现牵引绳15的拉动和放出。

本申请达到了由直线模组1控制上夹爪动作实现进针，穿刺针5与上夹爪之间采用卡接的方式进行连接，穿刺针5由下夹爪进行夹持，由驱动机构12控制下夹爪中的旋转盖11动作即可实现穿刺针5的夹持和释放的目的，从而实现了在对穿刺针5的针头部分和针尾部分同时夹持并可电动进针的情况下，依然能够对穿刺针5进行快速夹持和释放的技术效果，进而解决了相关技术中对于具有针头夹爪和针尾夹爪的末端执行器，在夹持和释放穿刺针5时操作复杂，无法快速释放的问题。

如图2和图3所示，在穿刺针5进针穿刺的过程中，为便于收集穿刺针5在进针方向上受到的压力，本实施例中的上部连接件7包括第一力传感器71、上连杆72和第一底座4；

第一力传感器71设于直线模组1的输出端，上连杆72的第一端与第一力传感器71的检测端固定连接，第二端与第一底座4固定连接；限位件9和卡槽10设于第一底座4上。

具体的，在本实施例中，上连杆72为杆状结构，为减小上连杆72末端与下夹爪之间的距离，以提高穿刺针5运动的稳定性，本实施例中上连杆72可设置为Z型，且其下端具有一定的下倾角。上连杆72的第一端与第一力传感器71的检测端连接，第一底座4可通过螺栓固定在上连杆72的第二端，穿刺针5的针头部分安装在第一底座4内。

为便于穿刺针5的针头部分安装，第一底座4上开设有针头容纳槽16，针头容纳槽16的开口方向与卡槽10的开口方向相同，且针头容纳槽16与卡槽10连通；限位件9设于针头容纳槽16的上端。

具体的，第一底座4包括相对设置的两块侧板、一块背板和安装在两块侧板和背板下端的底板组成。两块侧板和底板共同形成针头容纳槽16，卡槽10开设在底板上，限位件9安装在两块侧板的上端并与底板相对。穿刺针5在安装时以水平方向将针体卡入卡槽10内，针头部分位于针头容纳槽16内，并使针头部分的上端与限位件9相抵。

限位件9作为向穿刺针5施加下推力以及防止穿刺针5受压而上移的结构，本实施例对限位件9的结构进行具体说明：

如图2和图3所示，限位件9包括设于第一底座4上端的尾部固定板91、第二力传感器92和软胶垫93；

第二力传感器92和软胶垫93设于针头容纳槽16内，第二力传感器92的固定端与尾部固定板91连接，软胶垫93设于第二力传感器92的检测端，在穿刺过程中软胶垫93与穿刺针5的针头相抵。

具体的，尾部固定板91为平板状结构，其固定在第一底座4的上端，第二力传感器92固定在尾部固定板91的下端并位于针头容纳槽16内，第二力传感器92的检测端朝下，软胶垫93安装在第二力传感器92的检测端。穿刺针5的针头与软胶垫93相抵，在穿刺针5受压时会压缩软胶垫93，使得软胶垫93产生一定的形变，可防止穿刺针5产生横向的滑动，避免穿刺针5的针头部分从卡槽10中脱离第一底座4。与此同时，第二力传感器92也检测到穿刺针5传递的压力，该压力数据相对于第一力传感器71检测到的压力数据更为直接。应用在力反馈设备上时，可综合第一力传感器71和第二力传感器92采集的数据来进行反馈。

为使卡槽10能够对穿刺针5起到一定的限位作用，卡槽10的尺寸需要与穿刺针5的尺寸匹配。而实际应用中会使用到不同直径的穿刺针5，因此会导致互换性较差。为此，如图2和图3所示，本实施例中的上部连接件7还包括限位环13，限位环13卡设在卡槽10内，限位环13上开设有用于穿刺针5穿过的第一穿针孔。限位环13与卡槽10的尺寸匹配，穿刺针5穿过限位环13后将限位环13卡在卡槽10内即可完成穿刺针5的安装。在更换不同穿刺针5时只需要更换对应的限位环13即可，提高了装置的互换性和使用灵活性。

由于穿刺针5以水平方向卡入第一底座4的卡槽10内，因此卡槽10将不会对穿刺针5在安装方向上的横向移动产生干涉，为避免在穿刺过程中穿刺针5受压从卡槽10脱离第一底座4，需要对限位环13和卡槽10的结构做进一步的改进：

如图4所示，限位环13包括圆锥部131和圆柱部132，第一穿针孔贯穿圆锥部131和圆柱部132，第一穿针孔与穿刺针5滑动连接；圆锥部131大径端的直径大于圆柱部132的直径，圆柱部132位于圆锥部131的小径端；卡槽10内开设有与圆锥部131贴合的圆锥面，以及与圆柱部132贴合的圆柱面。

具体的，在本实施例中，限位环13由上下分布的圆锥部131和圆柱部132组成，圆锥部131的横截面面积从上至下逐渐减小，圆柱部132与圆锥部131小径端的直径相同。在安装时先将限位环13套在穿刺针5上，并使限位环13贴近穿刺针5的针头。然后将穿刺针5的针头部分安装在第一底座4内，此时限位环13位于第一底座4的针头容纳槽16内，然后在穿刺针5上向下移动限位环13，使限位环13插入卡槽10内，并使限位环13的圆锥部131与卡槽10的圆锥面贴合，圆柱部132与卡槽10的圆柱面贴合。

当穿刺针5受到的力在设定范围内时，限位环13将无法直接以水平方向从卡槽10内脱离，即穿刺针5也无法以水平方向从第一底座4上脱离。而当需要释放穿刺针5时，以水平方向的力拉动穿刺针5，由于限位环13的圆锥部131和卡槽10的圆锥面的配合，限位环13会在穿刺针5上向上移动，当限位环13移动至圆锥部131脱离卡槽10的圆锥面时，才能够从卡槽10中以水平方向脱离，即完成穿刺针5的释放。

因此，本实施例通过对限位环13的结构做进一步的改进，实现了在保持穿刺针5进针过程中不会轻易脱离第一底座4的同时，也便于在释放穿刺针5时从第一底座4脱离，既提高了使用稳定性，又提高了释放的灵活性。

如图1所示，为便于上连杆72和第一力传感器71的连接和拆卸，第一力传感器71的检测端设置有第一安装臂73，第一安装臂73上开设有第一安装槽，上连杆72的第一端以第一安装槽的开设方向插接在第一安装槽内并通过螺栓锁紧。

下部连接件8作为需要主动夹持穿刺针5的结构，本实施例对其进行具体说明：

如图1、图5和图6所示，下部连接件8包括下连杆81和第二底座6，下连杆81的第一端与直线模组1的固定端连接，第二端与第二底座6连接；导针槽61开设在第二底座6上，旋转盖11通过扭簧与第二底座6的侧面铰接。

具体的，下连杆81设置为杆状结构，其具有一定的下倾角，从而减小在穿刺过程中与患者的接触面积，增加移动空间。下连杆81的两端分别与直线模组1的下端和第二底座6连接。穿刺针5的针尾部分位于第二底座6的导针槽61内，并通过安装在第二底座6侧面的旋转盖11进行锁定和解锁。由于穿刺针5的针头部分卡接在卡槽10内，针尾部分卡接在导针槽61内，因此本实施例中导针槽61与卡槽10同轴。

由于穿刺针5的夹持和释放通过旋转盖11的旋转来实现，因此本实施例中的第二底座6上设置有转轴，转轴的轴线与穿刺针5的轴线平行，转轴与第二底座6转动连接，转轴的端部延伸出第二底座6并与旋转盖11固定连接。

同样为提高互换性，如图7和图8所示，本实施例中的下部连接件8还包括限位块14，限位块14内开设有用于穿刺针5穿过的第二穿针孔，在更换不同尺寸的穿刺针5时只需要更换不同的限位块14即可，不同的限位块14的第二穿针孔的直径不同；导针槽61的尺寸与限位块14的尺寸匹配，限位块14卡设于导针槽61内。

此外，穿刺针5是细长杆件，不易直接夹持。因此本实施例中限位块14的端部延伸出导针槽61并与定位槽110对应，旋转盖11在夹持时通过夹持限位块14的方式来夹持穿刺针5。

为使限位块14能够稳定安装在导针槽61内，需要对限位块14的结构进一步改进，具体的，如图8所示，本实施例中的限位块14包括大圆柱部143和位于大圆柱部143两端的小圆柱部144，导针槽61内开设有与大圆柱部143对应的槽口；

大圆柱部143卡设在槽口内，槽口的两侧壁与小圆柱部144的外端面接触，通过槽口可限制限位块14在轴向上的移动，避免在穿刺针5进针的过程中产生偏移，同时也能起到同心限位的作用。

为提高互换性和便于夹持穿刺针5，采用了限位块14作为中间件的方式实现。而在释放穿刺针5后为避免限位块14留在穿刺针5上，造成穿刺针5倾倒等不利影响的问题。本实施例对限位块14的结构再进一步改进：

如图8所示，限位块14包括第一限位体141和第二限位体142，第一限位体141和第二限位体142可沿导针槽61的径向对接，第一限位体141和第二限位体142内开设有穿针槽，在对接后形成第二穿针孔。

具体的，本实施例中限位块14设置为对半的第一限位体141和第二限位体142，在安装时将第一限位体141和第二限位体142扣合后形成限位块14。在释放穿刺针5后可直接拆除将限位块14又拆分为第一限位体141和第二限位体142，避免在穿刺针5上保留中间件。

由于穿刺针5受到的夹持力主要由旋转盖11提供，因此为使穿刺针5受力均匀，本实施例中的旋转盖11包括两个盖体和连接于两个盖体之间的连接体，两端的盖体和连接体可一体成型；两个盖体沿导针槽61的轴向分布，且两个盖体分别位于导针槽61的两端，定位槽110开设在盖体上，限位块14的两端均延伸出导针槽61并与两端的定位槽110对应；盖体与转轴铰接，连接体与牵引绳15连接。在夹持时，位于导针槽61两端的盖体均向穿刺针5施加夹持力，从而使得穿刺针5在导针槽61两端受力均匀，提高穿刺针5进针的稳定性。

由于在夹持时需要定位槽110与限位块14的小圆柱部144卡接，因此本实施例中定位槽110设置为与小圆柱部144对应的弧形槽。为避免在穿刺的过程中穿刺针5沿导针槽61的开口方向脱离导针槽61，定位槽110的深度大于等于导针槽61的开口宽度。

为便于直线模组1和下连杆81的连接和拆卸，直线模组1的下端固设有第二安装臂82，第二安装臂82上开设有第二安装槽，下连杆81的第一端插接在第二安装槽内并通过螺栓锁紧。

如图1所示，直线模组1包括滑轨102、丝杆、滑块和丝杠电机；丝杠设于滑轨102内，滑块卡设于滑轨102上并与丝杆螺纹连接，丝杆电机101固设于滑轨102的端部并与丝杆传动连接；

驱动机构12包括舵机2和舵盘3，舵机2固设于滑轨102的端部并与舵盘3传动连接，牵引绳15固设于舵盘3上，通过舵机2带动舵盘3摆动来实现牵引绳15的拉动和发出，为提高使用稳定性，牵引绳15设置为钢丝绳。

为便于驱动部分的控制和线路连接，滑轨102的端部设置有安装板，丝杆电机101和舵机2均固设于安装板上，即丝杆电机101和舵机2作为驱动部分安装在靠近的位置，便于线路板等电子元件的布置；

为便于牵引绳15的铺设，滑轨102的侧面设置有导向管，牵引绳15远离舵盘3的一端穿过导向管后与旋转盖11连接。

根据本申请的另一方面，提供一种手术导航定位机器人，包括上述的电动末端执行器。

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 (12)

1.一种电动末端执行器，其特征在于，包括：直线模组、驱动模组、上夹爪和下夹爪；其中，

所述上夹爪包括上部连接件，所述上部连接件设于所述直线模组的输出端，所述上部连接件的上端设置有限位件，所述上部连接件的下端开设有卡槽，穿刺针的针头部分通过卡槽卡入所述上部连接件内并与所述限位件相抵，由所述限位件限制穿刺针在轴向上的移动；

所述下夹爪包括下部连接件和旋转盖，所述下部连接件设于所述直线模组的固定端；所述下部连接件上开设有用于容纳穿刺针的针体部分的导针槽，所述旋转盖铰接于所述下部连接件的侧面；

所述旋转盖与所述下部连接件通过扭簧连接，所述旋转盖上开设有与所述导针槽对应的定位槽，所述定位槽可随着旋转盖的旋转而朝向或远离所述导针槽移动；

所述驱动模组包括设于所述直线模组固定端的驱动机构和与所述驱动机构连接的牵引绳，所述驱动机构包括舵机和舵盘，所述舵盘与所述舵机传动连接，所述牵引绳的第一端与所述舵盘固定连接，第二端与所述旋转盖固定连接，通过舵机带动舵盘摆动来控制牵引绳的移动。

2.根据权利要求1所述的电动末端执行器，其特征在于，所述上部连接件包括第一力传感器、上连杆和第一底座；

所述第一力传感器设于所述直线模组的输出端，所述上连杆的第一端与所述第一力传感器的检测端固定连接，第二端与所述第一底座固定连接；

所述限位件和所述卡槽设于所述第一底座上。

3.根据权利要求2所述的电动末端执行器，其特征在于，所述第一底座上开设有针头容纳槽，所述针头容纳槽的开口方向与所述卡槽的开口方向相同，且所述针头容纳槽与所述卡槽连通；

所述限位件设于所述针头容纳槽的上端。

4.根据权利要求3所述的电动末端执行器，其特征在于，所述限位件包括设于所述第一底座上端的尾部固定板、第二力传感器和软胶垫；

所述第二力传感器和软胶垫设于所述针头容纳槽内，所述第二力传感器的固定端与所述尾部固定板连接，所述软胶垫设于所述第二力传感器的检测端，在穿刺过程中所述软胶垫与穿刺针的针头相抵。

5.根据权利要求4所述的电动末端执行器，其特征在于，所述上部连接件还包括限位环，所述限位环卡设在所述卡槽内，所述限位环上开设有用于穿刺针穿过的第一穿针孔。

6.根据权利要求5所述的电动末端执行器，其特征在于，所述限位环包括圆锥部和圆柱部，所述第一穿针孔贯穿所述圆锥部和圆柱部，所述第一穿针孔与穿刺针滑动连接；

所述圆锥部大径端的直径大于所述圆柱部的直径，所述圆柱部位于所述圆锥部的小径端；

所述卡槽内开设有与所述圆锥部贴合的圆锥面，以及与所述圆柱部贴合的圆柱面。

7.根据权利要求1所述的电动末端执行器，其特征在于，所述下部连接件包括下连杆和第二底座，所述下连杆的第一端与所述直线模组的固定端连接，第二端与所述第二底座连接；

所述导针槽开设在所述第二底座上，所述旋转盖通过扭簧与所述第二底座的侧面铰接。

8.根据权利要求7所述的电动末端执行器，其特征在于，所述下部连接件还包括限位块，所述限位块内开设有用于穿刺针穿过的第二穿针孔；

所述限位块卡设于所述导针槽内，所述限位块的端部延伸出所述导针槽并与所述定位槽对应。

9.根据权利要求8所述的电动末端执行器，其特征在于，所述限位块包括大圆柱部和位于所述大圆柱部两端的小圆柱部，所述导针槽内开设有与所述大圆柱部对应的槽口；

所述大圆柱部卡设在所述槽口内，所述槽口的两侧壁与所述小圆柱部的外端面接触。

10.根据权利要求9所述的电动末端执行器，其特征在于，所述限位块包括第一限位体和第二限位体，所述第一限位体和所述第二限位体可沿所述导针槽的径向对接，第一限位体和第二限位体内开设有穿针槽，在对接后形成所述第二穿针孔。

11.根据权利要求10所述的电动末端执行器，其特征在于，所述直线模组包括滑轨、丝杆、滑块和丝杠电机；

所述丝杠设于所述滑轨内，所述滑块卡设于所述滑轨上并与所述丝杆螺纹连接，所述丝杆电机固设于滑轨的端部并与所述丝杆传动连接；

所述驱动机构包括舵机和舵盘，所述舵机固设于所述滑轨的端部并与所述舵盘传动连接，所述牵引绳固设于所述舵盘上。

12.一种手术导航定位机器人，其特征在于，包括如权利要求1至11任一项所述的电动末端执行器。

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