CN115399891A - 一种圆柱坐标多点位穿刺操作机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆柱坐标多点位穿刺操作机器人，包括：两个直线移动模组、弧形导轨、圆弧齿圈、滚轮模组、弧线滑动部件和末端穿刺机构，弧形导轨的两端分别与对应的一个直线移动模组的输出端固定连接，圆弧齿圈的两端分别与对应的一个直线移动模组的输出端固定连接，圆弧齿圈平行设置于弧形导轨前侧，弧形导轨前侧滑动连接有若干个弧线滑动部件，每个弧线滑动部件前侧均固定连接有一滚轮模组，每个滚轮模组均与圆弧齿圈啮合配合，每个滚轮模组前侧均固定连接有一末端穿刺机构。本发明结构简单，空间紧凑，能够在CT扫描孔空间工作，在实时CT图像引导下实现末端穿刺机构的准确定位，具有精度高、结构简单、安装空间紧凑以及灵活性高等优点。

Description

一种圆柱坐标多点位穿刺操作机器人

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，更具体地说是涉及一种圆柱坐标多点位穿刺操作机器人。

背景技术

图像引导的经皮穿刺手术是诊断和治疗肿瘤的重要手段，具有创伤小、恢复迅速、并发症少等优点，可以完成放疗、活检、消融等医疗操作。然而传统穿刺手术只能完成单病灶穿刺治疗，且穿刺定位精度会受到医生手部的生理性颤抖影响。穿刺机器人能够自动准确完成穿刺针定位，且可以实现多个穿刺针的同时操作，对提高穿刺成功率和手术效率有着重要意义。

经检索，申请号为202210270966.1的中国发明专利，提供了一种肺穿刺手术机器人，包括立柱，分别设置了沿z轴、y轴和x轴丝杠和滑块进行多维度调节，多调节四杠的末端还设置有机械臂，所述机械臂的端部与穿刺针的一端固定连接，所述穿刺针沿z轴方向延伸，所述滚动支撑架上还设置有支撑板，所述支撑板上设置有通孔，所述穿刺针的针尖通过通孔向z轴延申。然而，上述专利中使用丝杠与滑块实现直角坐标系下的穿刺针定位移动，整体体积较大，因此对于安装空间要求相对较大，且上述专利无法实现多个穿刺针同时操作。

因此，如何提供一种工作空间紧凑，能够实现多个穿刺针同时操作的圆柱坐标多点位穿刺操作机器人是本领域亟需解决的技术问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种圆柱坐标多点位穿刺操作机器人，目的就是为了解决现有技术中存在的问题。

为解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：

一种圆柱坐标多点位穿刺操作机器人，包括：左右对称设置的两个直线移动模组、弧形导轨、圆弧齿圈、滚轮模组、弧线滑动部件和末端穿刺机构；所述弧形导轨的两端分别与对应的一个所述直线移动模组的输出端固定连接；所述圆弧齿圈的两端分别与对应的一个所述直线移动模组的输出端固定连接；所述圆弧齿圈平行设置于所述弧形导轨前侧；所述弧形导轨前侧滑动连接有若干个所述弧线滑动部件；每个所述弧线滑动部件前侧均固定连接有一所述滚轮模组；每个所述滚轮模组均与所述圆弧齿圈啮合配合；每个所述滚轮模组前侧均固定连接有一所述末端穿刺机构。

优选地，每个所述直线移动模组均包括直线模组电机、前端盖、后端盖、直线模组丝杠、直线导轨和直线滑动部件；所述直线模组丝杠转动连接于所述前端盖和所述后端盖之间；所述直线模组电机固定连接于所述前端盖远离所述后端盖的一侧，且所述直线模组电机的输出端通过联轴器与所述直线模组丝杠的一端连接；所述直线滑动部件螺纹连接于所述直线模组丝杠上；所述直线导轨设置于所述前端盖和所述后端盖之间，且所述直线导轨的两端分别固定连接于所述前端盖的下部和所述后端盖的下部；所述直线滑动部件设置于所述直线导轨上方，且所述直线滑动部件滑动连接于所述直线导轨上。

优选地，所述弧形导轨和所述圆弧齿圈均垂直设置于所述直线滑动部件顶端；所述弧形导轨和所述圆弧齿圈同轴设置。

优选地，每个所述滚轮模组均包括滚轮模组电机、滚柱齿轮和滚动支撑架；所述滚动支撑架固定连接于所述弧线滑动部件前侧；所述末端穿刺机构固定连接于所述滚动支撑架前侧；所述滚动支撑架内部设有容纳腔体；所述滚柱齿轮通过转轴转动连接于所述滚动支撑架的容纳腔体中；所述滚柱齿轮设置于所述圆弧齿圈上方并与所述圆弧齿圈啮合配合；所述滚轮模组电机固定连接于所述滚动支撑架前侧，且所述滚轮模组电机通过转轴与所述滚柱齿轮传动连接。

优选地，所述滚动支撑架前侧设有用于容纳所述滚轮模组电机的电机壳；所述末端穿刺机构通过螺钉固定连接于所述电机壳前侧。

优选地，所述弧线滑动部件后侧设有与所述弧形导轨相适配的凹槽；所述弧线滑动部件通过所述凹槽滑动连接于所述弧形导轨前侧。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1)本发明的圆柱坐标多点位穿刺操作机器人，具有精度高、结构简单、安装空间紧凑以及灵活性高等优点；

2)本发明的圆柱坐标多点位穿刺操作机器人，结构简单，空间紧凑，能够在CT扫描孔空间工作，在实时CT图像引导下实现末端穿刺机构的准确定位；

3)本发明的圆柱坐标多点位穿刺操作机器人，以圆柱面工作空间包络人体，符合人体工程学设计，可以完成多种处于不同位置的病灶、器官、或血管的穿刺操作；

4)本发明的圆柱坐标多点位穿刺操作机器人，可以根据病人患病实际情况灵活地搭载一个或同时搭载一个以上末端穿刺机构，并实现各个末端穿刺机构工作位置地准确定位，拥有很强和灵活性；

5)本发明的圆柱坐标多点位穿刺操作机器人，还可以根据需要搭载不同的末端机构，如末端超声探头扫描机构、末端夹具、末端刀具等。

附图说明

图1为本发明实施例一的整体结构示意图；

图2为本发明实施例一去除末端穿刺机构后的结构示意图；

图3为直线移动模组去除外壳后的结构示意图；

图4为本发明实施例二的整体结构示意图；

图中：1、直线移动模组；11、直线模组电机；12、前端盖；13、后端盖；14、直线模组丝杠；15、直线导轨；16、直线滑动部件；2、弧形导轨；3、圆弧齿圈；4、滚轮模组；41、滚轮模组电机；42、滚柱齿轮；43、滚动支撑架；5、弧线滑动部件；6、末端穿刺机构；7、后部底板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例一

参照图1-3所示，本发明公开了一种圆柱坐标多点位穿刺操作机器人，包括：左右对称设置的两个直线移动模组1、弧形导轨2、圆弧齿圈3、滚轮模组4、弧线滑动部件5、末端穿刺机构6和后部底板7；两个直线移动模组1分别固定连接后部底板7前侧的左右两端；弧形导轨2的两端分别与对应的一个直线移动模组1的输出端固定连接；圆弧齿圈3的两端分别与对应的一个直线移动模组1的输出端固定连接；圆弧齿圈3平行设置于弧形导轨2前侧；弧形导轨2前侧滑动连接有若干个弧线滑动部件5；每个弧线滑动部件5前侧均固定连接有一个滚轮模组4；每个滚轮模组4均与圆弧齿圈3啮合配合；每个滚轮模组4前侧均固定连接有一个末端穿刺机构6；在使用时，通过同步驱动左右两个直线移动模组1带动弧形导轨2和圆弧齿圈3直线运动，弧形导轨2和圆弧齿圈3共同带动末端穿刺机构6直线运动，从而实现末端穿刺机构6在圆柱坐标系中的高度位置调节。同时，通过滚轮模组4在圆弧齿圈3上滚动运动，带动弧线滑动部件5在弧形导轨2上沿弧线滑动，在滚轮模组4和弧线滑动部件5的共同作用下，末端穿刺机构进行圆弧运动，从而实现末端穿刺机构6在圆柱坐标系中的角度位置调节，由此可以实现末端穿刺机构的准确定位。

在本实施例中，每个直线移动模组1均包括直线模组电机11、前端盖12、后端盖13、直线模组丝杠14、直线导轨15和直线滑动部件16；直线模组丝杠14转动连接于前端盖12和后端盖13之间；直线模组电机11固定连接于前端盖12远离后端盖13的一侧，且直线模组电机11的输出端通过联轴器与直线模组丝杠14的一端连接；直线滑动部件16螺纹连接于直线模组丝杠14上；直线导轨15设置于前端盖12和后端盖13之间，且直线导轨15的两端分别固定连接于前端盖12的下部和后端盖13的下部；直线滑动部件16设置于直线导轨15上方，且直线滑动部件16滑动连接于直线导轨15上。

在本实施例中，直线模组丝杠14和直线导轨15外部设有外壳，用于进行防护。

在本实施例中，弧形导轨2和圆弧齿圈3均垂直设置于直线滑动部件16顶端；弧形导轨2和圆弧齿圈3同轴设置。

在本实施例中，每个滚轮模组4均包括滚轮模组电机41、滚柱齿轮42和滚动支撑架43；滚动支撑架43固定连接于弧线滑动部件5前侧；末端穿刺机构6固定连接于滚动支撑架43前侧；滚动支撑架43内部设有容纳腔体；滚柱齿轮42通过转轴转动连接于滚动支撑架43的容纳腔体中；滚柱齿轮42设置于圆弧齿圈3上方并与圆弧齿圈3啮合配合；滚轮模组电机41固定连接于滚动支撑架43前侧，且滚轮模组电机41通过转轴与滚柱齿轮42传动连接；在使用时，通过滚轮模组电机41带动滚柱齿轮42转动，滚柱齿轮42沿圆弧齿圈3转动，从而带动滚动支撑架43进行圆弧运动，进而带动末端穿刺机构6进行圆弧运动。

在本实施例中，滚动支撑架43前侧设有用于容纳滚轮模组电机41的电机壳；末端穿刺机构6通过螺钉固定连接于电机壳前侧。

在本实施例中，弧线滑动部件5后侧设有与弧形导轨2相适配的凹槽；弧线滑动部件5通过凹槽滑动连接于弧形导轨2前侧。

在本实施例中，滚轮模组4、弧线滑动部件5和末端穿刺机构6的数量为一个。

在本实施例中，直线移动模组1运动确定末端穿刺机构6在圆柱坐标系中的高度；滚轮模组4运动确定末端穿刺机构6在圆柱坐标系中的角度；直线移动模组1的1个自由度直线运动与滚轮模组4的1个自由度弧线运动共同构成圆柱坐标系中高度与角度。

实施例二

参照图4所示，在本实施例中，滚轮模组4、弧线滑动部件5和末端穿刺机构6的数量为多个，其余直线移动模组1、弧形导轨2及圆弧齿圈3等部件的结构及连接关系均与实施例一相同，因此不再进行赘述。

在上述的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于本发明简化描述，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。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种圆柱坐标多点位穿刺操作机器人，其特征在于，包括：左右对称设置的两个直线移动模组(1)、弧形导轨(2)、圆弧齿圈(3)、滚轮模组(4)、弧线滑动部件(5)和末端穿刺机构(6)；所述弧形导轨(2)的两端分别与对应的一个所述直线移动模组(1)的输出端固定连接；所述圆弧齿圈(3)的两端分别与对应的一个所述直线移动模组(1)的输出端固定连接；所述圆弧齿圈(3)平行设置于所述弧形导轨(2)前侧；所述弧形导轨(2)前侧滑动连接有若干个所述弧线滑动部件(5)；每个所述弧线滑动部件(5)前侧均固定连接有一所述滚轮模组(4)；每个所述滚轮模组(4)均与所述圆弧齿圈(3)啮合配合；每个所述滚轮模组(4)前侧均固定连接有一所述末端穿刺机构(6)。

2.根据权利要求1所述的一种圆柱坐标多点位穿刺操作机器人，其特征在于，每个所述直线移动模组(1)均包括直线模组电机(11)、前端盖(12)、后端盖(13)、直线模组丝杠(14)、直线导轨(15)和直线滑动部件(16)；所述直线模组丝杠(14)转动连接于所述前端盖(12)和所述后端盖(13)之间；所述直线模组电机(11)固定连接于所述前端盖(12)远离所述后端盖(13)的一侧，且所述直线模组电机(11)的输出端通过联轴器与所述直线模组丝杠(14)的一端连接；所述直线滑动部件(16)螺纹连接于所述直线模组丝杠(14)上；所述直线导轨(15)设置于所述前端盖(12)和所述后端盖(13)之间，且所述直线导轨(15)的两端分别固定连接于所述前端盖(12)的下部和所述后端盖(13)的下部；所述直线滑动部件(16)设置于所述直线导轨(15)上方，且所述直线滑动部件(16)滑动连接于所述直线导轨(15)上。

3.根据权利要求2所述的一种圆柱坐标多点位穿刺操作机器人，其特征在于，所述弧形导轨(2)和所述圆弧齿圈(3)均垂直设置于所述直线滑动部件(16)顶端；所述弧形导轨(2)和所述圆弧齿圈(3)同轴设置。

4.根据权利要求1所述的一种圆柱坐标多点位穿刺操作机器人，其特征在于，每个所述滚轮模组(4)均包括滚轮模组电机(41)、滚柱齿轮(42)和滚动支撑架(43)；所述滚动支撑架(43)固定连接于所述弧线滑动部件(5)前侧；所述末端穿刺机构(6)固定连接于所述滚动支撑架(43)前侧；所述滚动支撑架(43)内部设有容纳腔体；所述滚柱齿轮(42)通过转轴转动连接于所述滚动支撑架(43)的容纳腔体中；所述滚柱齿轮(42)设置于所述圆弧齿圈(3)上方并与所述圆弧齿圈(3)啮合配合；所述滚轮模组电机(41)固定连接于所述滚动支撑架(43)前侧，且所述滚轮模组电机(41)通过转轴与所述滚柱齿轮(42)传动连接。

5.根据权利要求4所述的一种圆柱坐标多点位穿刺操作机器人，其特征在于，所述滚动支撑架(43)前侧设有用于容纳所述滚轮模组电机(41)的电机壳；所述末端穿刺机构(6)通过螺钉固定连接于所述电机壳前侧。

6.根据权利要求1所述的一种圆柱坐标多点位穿刺操作机器人，其特征在于，所述弧线滑动部件(5)后侧设有与所述弧形导轨(2)相适配的凹槽；所述弧线滑动部件(5)通过所述凹槽滑动连接于所述弧形导轨(2)前侧。

Images