CN115634014A - 一种牵引式柔性针穿刺调姿机构 - Google Patents

Abstract

本发明为一种牵引式柔性针穿刺调姿机构，该机构属于医疗机器人领域；本发明主要用在特定工作空间内，在柔性针穿刺前精确调整柔性针的入针角度，通过机构执行高精度的穿刺动作；其组成由底座、偏航关节、俯仰机构、穿刺滑台、柔性针、针座、转向电机、球运动副、牵引支架、牵引滑台、调姿电机、调姿转台和支架组成；一种牵引式柔性针穿刺调姿机构通过一端的牵引滑台带动球运动副运动，带动偏航关节和俯仰机构实现特定角度的俯仰和偏航运动，进而实现调整柔性针的入针角度功能，穿刺滑台中的电机旋转可以带动柔性针实现穿刺功能。

Description

一种牵引式柔性针穿刺调姿机构

技术领域

本发明涉及医疗器机器人领域，是一种可以精确控制柔性针穿刺的入针角度的机构。

背景技术

微创介入治疗技术是近年来迅速发展起来的一门新的医疗技术，被广泛应用于活体组织病理检查、局部组织和器官药物定向投送手术等。柔性针穿刺技术在微创外科的应用十分广泛，柔性针穿刺的精确程度对于手术结果至关重要，为了主动减少转向错误，机器人穿刺系统要优于手动或手持式穿刺系统，可简化靶向穿刺的手术操作、提高靶向穿刺的精度和质量、提高可控性及自动化水平，减少医生手术工作强度，保证手术医师在穿刺时集中精力对穿刺靶点进行定位。并且为了精确控制可操纵针，大多数机器人穿刺系统已与高级控制算法集成在一起。

发明内容

本发明的目的在于可以在穿刺手术开始前精确调整入针点的角度，实现缩短穿刺路径，减少病人的创伤程度。

一种牵引式柔性针穿刺调姿机构，主要由底座、偏航关节、俯仰机构、穿刺滑台、柔性针、针座、转向电机、球运动副、牵引支架、牵引滑台、调姿电机、调姿转台和支架组成；偏航关节的底部通过螺钉固定安装在底座上，偏航关节的顶部与底部之间通过回转副连接，可以实现顶部相对于底部沿着z方向轴线旋转运动，实现带动柔性针在xoy平面内的角度调整；俯仰机构通过螺钉固定安装在偏航关节的顶部，俯仰机构的通过中间的圆柱轴转动可以实现俯仰运动，进而实现柔性针在绕x轴方向的角度调整；穿刺滑台通过螺钉固定安装在俯仰机构的上端，针座通过螺钉固定安装在穿刺滑台中的滑块上；转向电机通过螺钉固定安装在针座上，柔性针通过联轴器与转向电机固定连接；通过穿刺滑台中的电机带动穿刺滑台上的滑块做前后进给运动，带动针座和柔性针实现进针和退针的运动，实现柔性针的穿刺进给功能；转向电机旋转带动柔性针自转，可以实现柔性针在穿刺过程中的转向功能。

作为优选，支架通过螺钉固定安装在底座上，调姿电机通过螺钉固定安装在支架的一端，调姿转台的固定端通过螺钉固定安装在支架的另一端；调姿电机与调姿转台的转动端连接，牵引滑台通过螺钉固定安装在调姿转台的转动端上，通过调姿电机带动调姿转台的转动端旋转，进而带动牵引滑台旋转；牵引支架通过螺钉固定在牵引滑台中的滑块上；球运动副的一端安装在牵引支架上，另一端连接在俯仰机构上；通过调姿电机调整牵引滑台的角度，通过调整牵引滑台中滑块的位置，来牵引偏航关节和俯仰机构做出特定的偏航角度和俯仰角度，进而调整出所需的入针角度。

本发明的增益效果

1.该机构可以控制柔性针穿刺的入针角度；

2.调整入针角度可以缩短穿刺路径，减少对病人的伤害；

3.采用牵引式的调姿方案可以获得更高的定位精度；

4.该机构结构紧凑且体积小；5.本机构中集成了控制精度高、运行平稳的滚珠丝杠。

附图说明

图1为一种牵引式柔性针穿刺调姿机构整体图

图2为俯仰机构零件图

图3为球运动副零件图

附图标注说明：

1、底座；2、偏航关节；3、俯仰机构；4、穿刺滑台；5、柔性针；6、针座；7、转向电机；8、球运动副；9、牵引支架；10、牵引滑台；11、调姿电机；12、调姿转台；13、支架。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

一种牵引式柔性针穿刺调姿机构如图1所示，其特征在于，所述的一种牵引式柔性针穿刺调姿机构由底座1、偏航关节2、俯仰机构3、穿刺滑台4、柔性针5、针座6、转向电机7、球运动副8、牵引支架9、牵引滑台10、调姿电机11、调姿转台12和支架13组成。

偏航关节2的底部通过螺钉固定安装在底座1上，偏航关节2的顶部与底部之间通过回转副连接，可以实现顶部相对于底部沿着z方向轴线的旋转运动，实现柔性针5在xoy平面内的角度调整；俯仰机构3通过螺钉固定安装在偏航关节2的顶部，俯仰机构3通过中间的圆柱轴转动可以实现俯仰运动，进而实现柔性针在绕x轴方向的角度调整；穿刺滑台4固定安装在俯仰机构3的上端，针座6通过螺钉固定安装在穿刺滑台4中的滑块上；转向电机7通过螺钉固定安装在针座6上，柔性针5通过联轴器与转向电机7固定连接；通过穿刺滑台4中的电机带动穿刺滑台4上的滑块做前后进给运动，进而带动柔性针5实现进针和退针的运动，转向电机7旋转带动柔性针5自转，实现柔性针5在穿刺过程中的转向。

支架13通过螺钉固定安装在底座1上，调姿电机11通过螺钉固定安装在支架13的一端，调姿转台12的固定端通过螺钉固定安装在支架13的另一端；调姿电机11与调姿转台12的转动端连接，牵引滑台10通过螺钉固定安装在调姿转台12的转动端上，通过调姿电机11带动调姿转台12的转动端旋转，进而带动牵引滑台10旋转；牵引支架9通过螺钉固定在牵引滑台10上的滑块上；球运动副8的一端安装在牵引支架9上，另一端与俯仰机构3相连接；通过调姿电机11调整牵引滑台10的角度，通过牵引滑台10中的电机调整牵引滑台10中滑块的位置，进而来牵引偏航关节2和俯仰机构3做出特定的偏航角度和俯仰角度，进而调整出所需的入针角度。

本发明中的一种牵引式柔性针穿刺调姿机构工作步骤如下：

1.穿刺手术开始前计算出入针角度；

2.编写电机控制程序；

3.控制牵引滑台中的电机和调姿电机调整出入针角度；

4.控制穿刺滑台向前进给带动柔性针进行穿刺，直至到达病灶点；

5.控制穿刺滑台向后进给实现退针运动，直至将柔性针完全退出人体。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物说明书界定。

Claims (2)

1.一种牵引式柔性针穿刺调姿机构，其特征在于，所述的一种牵引式柔性针穿刺调姿机构由底座（1）、偏航关节（2）、俯仰机构（3）、穿刺滑台（4）、柔性针（5）、针座（6）、转向电机（7）、球运动副（8）、牵引支架（9）、牵引滑台（10）、调姿电机（11）、调姿转台（12）和支架（13）组成；其中偏航关节（2）的底部通过螺钉固定安装在底座（1）上，偏航关节（2）的顶部与底部之间通过回转副连接，可以实现顶部相对于底部沿着z方向轴线旋转运动，实现带动柔性针（5）在xoy平面内的角度调整；俯仰机构（3）通过螺钉固定安装在偏航关节（2）的顶部，俯仰机构（3）通过中间的圆柱轴转动可以实现俯仰运动，进而实现柔性针（5）在绕x轴方向的角度调整；穿刺滑台（4）固定安装在俯仰机构（3）的上端，针座（6）通过螺钉固定安装在穿刺滑台（4）中的滑块上；转向电机（7）通过螺钉固定安装在针座（6）上，柔性针（5）通过联轴器与转向电机（7）固定连接；通过穿刺滑台（4）中的电机带动穿刺滑台（4）上的滑块做前后进给运动，进而带动柔性针（5）实现进针和退针的运动，转向电机（7）旋转带动柔性针（5）自转，实现柔性针（5）在穿刺过程中的转向。

2.根据权利要求1中所述的一种牵引式柔性针穿刺调姿机构，其特征在于，支架（13）通过螺钉固定安装在底座（1）上，调姿电机（11）通过螺钉固定安装在支架（13）的一端，调姿转台（12）的固定端通过螺钉固定安装在支架（13）的另一端；调姿电机（11）与调姿转台（12）的转动端连接，牵引滑台（10）通过螺钉固定安装在调姿转台（12）的转动端上，通过调姿电机（11）带动调姿转台（12）的转动端旋转，进而带动牵引滑台（10）旋转；牵引支架（9）通过螺钉固定在牵引滑台（10）中的滑块上；球运动副（8）的一端安装在牵引支架（9）上，另一端连接在俯仰机构（3）上；通过调姿电机（11）调整牵引滑台（10）的旋转角度，通过调整牵引滑台（10）中滑块的位置，来牵动偏航关节（2）和俯仰机构（3）做出特定的偏航角度和俯仰角度，进而控制柔性针（5）的入针角度。

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