CN209932968U - 用于微创手术穿刺机器人的弧形导轨rcm进针装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于微创手术穿刺机器人的弧形导轨RCM进针装置，包括弧形导轨、设置在所述弧形导轨上的进针机构、弧形运动驱动机构及转动驱动机构。本实用新型通过转动驱动机构带动弧形导轨及其上的整个进针机构和弧形运动驱动机构做旋转运动，通过弧形运动驱动机构带动进针机构在弧形导轨上沿弧形运动，通过两种运动的复合，使穿刺针的进针点位置固定不动，而其进针角度能实现任意调节，从而实现对进针姿态的调节，实现精准穿刺进针。本实用新型通过设置弹针组件，能实现穿刺针的快速进针，能减轻人体的疼痛感；而后再通过驱动组件实现平稳慢速的进针，直到病灶点。

Description

用于微创手术穿刺机器人的弧形导轨RCM进针装置

技术领域

本实用新型涉及医疗器械领域，特别涉及一种用于微创手术穿刺机器人的弧形导轨RCM进针装置。

背景技术

微创手术是利用细长的杆状手术工具通过人体表面的微小切口探入体内进行手术操作的。与传统的开口手术相比，它可以减少手术切口及手术疤痕、缩短恢复时间、减少出血量及并发症等；可以看出，微创手术具有开口手术所无法比拟的优越性，因此受到了广大患者和医生的青睐，目前微创技术已经在多个临床领域中得到应用。

但目前的微创手术基本上是由经验丰富的医师来完成，但现实情况是，经验丰富的医师有限，穿刺手术过程持续时间较长，医师的精力有限，从而限制了微创手术的推广。由于微创手术所具有的优点，及其在操作上存在的这些困难，也使得医生期望获得辅助设备以方便实施并能够在更多领域中开展这类手术。将机器人技术与传统的微创技术相结合的穿刺针机器人被普遍认为是一种有效地解决传统微创技术缺点的方法。穿刺针机器人一般包括机器人手臂、设置在机器人手臂末端的RCM进针装置，RCM进针装置包括RCM机构和进针机构。机器人手臂可自由移动，用于实现穿刺点的定位，RCM机构则用于对穿刺针的穿刺姿态(穿刺角度)进行调节，穿刺针机构用于最终实现穿刺进行，使穿刺针达到病灶点。但现有的进针装置存在结构复杂、进针机构进针模式单一(缺乏快速进针模式，病人穿刺疼痛感强烈)、装置整体重量大不方便控制等问题，难以满足穿刺针机器人的应用需求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于微创手术穿刺机器人的弧形导轨RCM进针装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种用于微创手术穿刺机器人的弧形导轨RCM进针装置，包括弧形导轨、设置在所述弧形导轨上的进针机构、用于驱动所述进针机构在所述弧形导轨上沿弧形滑动的弧形运动驱动机构及设置在所述弧形导轨上的用于驱动所述弧形导轨做旋转运动的转动驱动机构；

所述进针机构包括盒体、沿长度方向设置于所述盒体内的直线导轨、设置在所述直线导轨上的进针滑块、内端设置在所述进针滑块上且外端沿长度方向穿出所述盒体的穿刺针及用于驱动所述进针滑块在所述直线导轨上滑动的进针驱动组件，所述盒体上设置有供所述穿刺针穿出的穿刺针导向座。

优选的是，所述进针滑块包括滑动设置在所述直线导轨上的下滑块、开设在所述下滑块的上表面上的滑槽、滑动设置在所述滑槽内的上滑块及固接在所述上滑块上的穿刺针固定座，所述穿刺针的内端设置在所述穿刺针固定座上；所述穿刺针固定座侧部设置有挡板。

优选的是，所述盒体内还设置有弹针组件，所述弹针组件包括设置在所述进针滑块侧部的电磁铁及设置在所述电磁铁上的电磁铁导杆，所述电磁铁导杆垂直设置于所述挡板的侧部，用于推动所述上滑块在所述滑槽内滑动；所述滑槽的两端均设置有用于对所述上滑块进行限位的限位块。

优选的是，所述同步带的侧部还设置有导向轮。

优选的是，所述进针驱动组件包括进针电机、与所述进针电机的输出轴驱动连接的蜗轮蜗杆箱、与所述蜗轮蜗杆箱的输出轴驱动连接的主动轮、沿所述盒体的长度方向设置在所述主动轮对侧的从动轮及设置在所述主动轮和从动轮之间的同步带；

所述下滑块通过压紧件与所述同步带连接，压紧件包括压紧片和用于将所述压紧固接在所述下滑块上的固定螺丝，所述固定螺丝将同步带固定在压紧片和下滑块之间。

优选的是，所述弧形导轨包括导轨本体、分别设置在所述导轨本体上下两侧的上凸缘和下凸缘及设置在所述导轨本体的外滑道上的外齿部。

优选的是，所述盒体上连接有安装板，所述安装板的底部设置有上下对称布置的上卡块和下卡块，所述上卡块两侧均设置有与所述安装板固接的上导向轴承，所述下卡块两侧设置有与所述安装板固接的下导向轴承，

所述上卡块和下卡块相对的两面上均设置有卡槽，通过卡槽分别卡设在所述导轨本体的上凸缘和下凸缘上；

所述上导向轴承和下导向轴承的轴承外壁上均开设有导向槽，通过导向槽分别卡设在所述导轨本体的上凸缘和下凸缘上。

优选的是，所述弧形运动驱动机构包括与所述安装板固接的转接板、设置在所述转接板上的弧形运动驱动电机及驱动连接于所述弧形运动驱动电机的输出轴上的与所述导轨本体的外齿部啮合的外齿轮；

所述转动驱动机构包括承载板、设置在所述承载板上的转动驱动电机及一端与所述转动驱动电机的输出轴连接且另一端与所述导轨本体连接的连接板。

优选的是，所述外齿轮和导轨本体上均贯通设置有若干开孔。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的用于微创手术穿刺机器人的弧形导轨RCM进针装置，通过转动驱动机构带动弧形导轨及其上的整个进针机构和弧形运动驱动机构做旋转运动，通过弧形运动驱动机构带动进针机构在弧形导轨上沿弧形运动，通过两种运动的复合，使穿刺针的进针点位置固定不动，而其进针角度能实现任意调节，从而实现对进针姿态的调节，实现精准穿刺进针。本实用新型通过设置弹针组件，能实现穿刺针的快速进针，能减轻人体的疼痛感；而后再通过驱动组件实现平稳慢速的进针，直到病灶点；本实用新型通过在外齿轮和导轨本体上设置有开孔，能防止外齿轮和导轨本体上的外齿部啮合运动时出现卡死的现象。本实用新型结构简单，组件布置紧凑、传动效率高，操作方便，具有很好的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型的用于微创手术穿刺机器人的弧形导轨RCM进针装置的结构示意图；

图2为本实用新型的用于微创手术穿刺机器人的弧形导轨RCM进针装置的另一个视角的结构示意图；

图3为本实用新型的安装板的结构示意图；

图4为本实用新型的弧形导轨的结构示意图；

图5为本实用新型的进针机构的结构示意图；

图6为本实用新型的进针滑块的结构示意图；

图7为本实用新型的压紧块与同步带配合的示意图。

附图标记说明：

1—盒体；2—直线导轨；3—进针滑块；4—穿刺针；5—驱动组件；6—弹针组件；—弧形导轨；8—弧形运动驱动机构；9—转动驱动机构；10—穿刺针导向座；11—安装板；30—下滑块；31—滑槽；32—上滑块；33—穿刺针固定座；34—挡板；35—限位块；50—电机；51—蜗轮蜗杆箱；52—主动轮；53—从动轮；54—同步带；55—压紧件；56—导向轮；60—电磁铁；61—电磁铁导杆；70—导轨本体；71—上凸缘；72—下凸缘；73—外齿部；83—开孔；80—转接板；81—弧形运动驱动电机；82—外齿轮；90—承载板；91—转动驱动电机；92—连接板；100—进针机构；110—上卡块；111—下卡块；112—上导向轴承；113—下导向轴承；114—卡槽；115—导向槽；550—压紧片；551—固定螺丝。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如果机构的某一部分或某一点在运动过程中始终通过远离机构本身的一个固定点(或被约束在一个非常小的空间内)，并且该点无物理铰链约束，那么这类机构就可以称为“远端虚拟支点机构”(Remote Center of Motion，RCM机构)。这类机构的特点恰好与微创手术的操作特征相吻合，它在微创手术机器人中获得巨大成功。RCM机构利用结构自身的约束实现的微创手术机器人未引入冗余的自由度，而是依靠特殊设计的机构使机器人的一部分在运动过程中始终通过空间的固定点。本实用新型采用弧形导轨87RCM机构，如图1，本实用新型的转动驱动机构9安装在外部的穿刺机器人的机械臂上(图中未画出)，弧形导轨87安装在转动驱动机构9，在转动驱动机构9的驱动下，弧形导轨87绕转动驱动机构9的输出轴的轴线做旋转运动；进针机构100安装在弧形导轨87上，通过弧形运动驱动机构驱动进针机构100在弧形导轨87上沿弧形滑动(绕弧形导轨87的中心旋转)，通过两种运动的复合，使穿刺针4的进针点位置固定不动，而其进针角度能实现任意调节，从而实现对进针姿态的调节。使用时，先通过机械臂移动，使穿刺针4运动到进针点上，然后再通过转动驱动机构9和弧形运动驱动机构配合，调整进针姿态，最后由进针机构100完成进针。

如图1-7所示，本实施例的一种用于微创手术穿刺机器人的弧形导轨RCM进针装置，包括弧形导轨87、设置在弧形导轨87上的进针机构100、用于驱动进针机构100在弧形导轨87上沿弧形滑动的弧形运动驱动机构及设置在弧形导轨87上的用于驱动弧形导轨87做旋转运动的转动驱动机构9；

进针机构100包括盒体1、沿长度方向设置于盒体1内的直线导轨2、设置在直线导轨2上的进针滑块3、内端设置在进针滑块3上且外端沿长度方向穿出盒体1的穿刺针4及用于驱动进针滑块3在直线导轨2上滑动的进针驱动组件5，盒体1上设置有供穿刺针4穿出的穿刺针导向座10，盒体1上还设置有安装板11。

其中，进针滑块3包括滑动设置在直线导轨2上的下滑块30、开设在下滑块30的上表面上的滑槽、滑动设置在滑槽内的上滑块32及固接在上滑块32上的穿刺针固定座33，穿刺针4的内端设置在穿刺针固定座33上；穿刺针固定座33侧部设置有挡板34。

其中，盒体1内还设置有弹针组件6，弹针组件6包括设置在进针滑块3侧部的电磁铁60及设置在电磁铁60上的电磁铁导杆61，电磁铁导杆61垂直设置于挡板34的侧部，用于推动上滑块32在滑槽内滑动；滑槽的两端均设置有用于对上滑块32进行限位的限位块35。

其中，进针驱动组件5包括进针电机50、与进针电机50的输出轴驱动连接的蜗轮蜗杆箱51、与蜗轮蜗杆箱51的输出轴驱动连接的主动轮52、沿盒体1的长度方向设置在主动轮52对侧的从动轮53及设置在主动轮52和从动轮53之间的同步带54。下滑块30通过压紧件55与同步带54连接，压紧件55包括压紧片550和用于将压紧片550固接在下滑块30上的固定螺丝551，固定螺丝551将同步带54固定在压紧片550和下滑块30之间。

其中，同步带54的侧部还设置有导向轮56，导向轮56上设置有聚四氟乙烯层。聚四氟乙烯层能提高导向轮56外壁的光滑度和耐磨性能，减小导向轮56与传送带之间的摩擦力，延长导向轮56的使用寿命。

穿刺针4进针分为两步，穿刺针4进针初期采用弹针组件6进行快速进针，使穿刺针4迅速刺穿皮肤，减轻人体的疼痛感；而后再平稳慢速的进针，直到病灶点。具体的，参照图1，进针初期，电磁铁60通电动作，电磁铁60上的电磁铁导杆61向左弹出，敲击穿刺针固定座33侧部的挡板34，穿刺针固定座33连同上滑块32一起在滑槽内向左滑动，使穿刺针4穿出盒体1外的左端快速向左运动，实现快速进针。滑槽左侧的限位块35对上滑块32向左运动的极限位置限位。之后，电机50工作带动主动轮52转动，通过同步带54带动下滑块30向左运动，在滑槽右侧的限位块35的限位作用下，上滑块32与右侧的限位块35贴近后跟随下滑块30一起向左运动，使穿刺针4平稳慢速向右运动，慢速进针，直至病灶点。穿刺完成后，由同步带54带动下滑块30向右运动，实现穿刺针4复位。

在一种实施例中，弧形导轨87包括导轨本体70、分别设置在导轨本体70上下两侧的上凸缘71和下凸缘72及设置在导轨本体70的外滑道上的外齿部73。

其中，盒体1上连接有安装板11，安装板11的底部设置有上下对称布置的上卡块110和下卡块111，上卡块110两侧均设置有与安装板11固接的上导向轴承112，下卡块111两侧设置有与安装板11固接的下导向轴承113。

上卡块110和下卡块111相对的两面上均设置有卡槽114，通过卡槽114分别卡设在导轨本体70的上凸缘71和下凸缘72上；上导向轴承112和下导向轴承113的轴承外壁上均开设有导向槽115，通过导向槽115分别卡设在导轨本体70的上凸缘71和下凸缘72上。上、下卡块111卡设在上、下凸缘72上，且能在导轨本体70上沿弧形方向滑动，而不会从导轨本体70上脱离；上、下导向轴承113均包括2个，2个上导向轴承112对称设置在上卡块110两侧，2个下导向轴承113对称设置在下卡块111两侧，导轨本体70处于上、下导向轴承113之间，上、下导向轴承113通过导向槽115卡设在导轨本体70上，且能在导轨本体70上沿弧形方向滑动，而不会从导轨本体70上脱离。通过上、下卡块111和上、下导向轴承113实现进针机构100在弧形导轨87上的可滑动安装，使进针机构100能再弧形导轨87上沿弧形方向顺利滑动。

其中，弧形运动驱动机构包括与安装板11固接的转接板80、设置在转接板80上的弧形运动驱动电机81及驱动连接于弧形运动驱动电机81的输出轴上的与导轨本体70的外齿部73啮合的外齿轮82；

转动驱动机构9包括承载板90、设置在承载板90上的转动驱动电机91及一端与转动驱动电机91的输出轴连接且另一端与导轨本体70连接的连接板92。

在一种实施例中，外齿轮82上贯通设置有若干开孔83。若干开孔83优选为无规则设置在外齿轮82上，通过在外齿轮82上设置贯穿的多个开孔83，使外齿轮82具有适宜的弹性，能防止外齿轮82和导轨本体70上的外齿部73啮合运动时出现卡死的现象。如当外齿轮82和导轨本体70上的外齿部73啮合运动卡住时，由于外齿轮82具有适宜的弹性，使外齿轮82能顺利突破该位置，避免卡死。

具体的，工作时，转动驱动机构9通过其上的承载板90固接在外部的穿刺机器人的机械臂上，转动驱动电机91带动弧形导轨87及其上的整个进针机构100和弧形运动驱动机构绕转动驱动电机91的输出轴的轴线旋转；弧形运动驱动电机81带动外齿轮82转动，外齿轮82与导轨本体70的外齿部73啮合，使弧形运动驱动机构和进针机构100一起在弧形导轨87上沿弧形运动。通过两种运动的复合，使穿刺针4的进针点位置固定不动，而其进针角度能实现任意调节，从而实现对进针姿态的调节。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节。

Claims (9)

1.一种用于微创手术穿刺机器人的弧形导轨RCM进针装置，其特征在于，包括弧形导轨、设置在所述弧形导轨上的进针机构、用于驱动所述进针机构在所述弧形导轨上沿弧形滑动的弧形运动驱动机构及设置在所述弧形导轨上的用于驱动所述弧形导轨做旋转运动的转动驱动机构；

所述进针机构包括盒体、沿长度方向设置于所述盒体内的直线导轨、设置在所述直线导轨上的进针滑块、内端设置在所述进针滑块上且外端沿长度方向穿出所述盒体的穿刺针及用于驱动所述进针滑块在所述直线导轨上滑动的进针驱动组件，所述盒体上设置有供所述穿刺针穿出的穿刺针导向座，所述盒体上还设置有安装板。

2.根据权利要求1所述的用于微创手术穿刺机器人的弧形导轨RCM进针装置，其特征在于，所述进针滑块包括滑动设置在所述直线导轨上的下滑块、开设在所述下滑块的上表面上的滑槽、滑动设置在所述滑槽内的上滑块及固接在所述上滑块上的穿刺针固定座，所述穿刺针的内端设置在所述穿刺针固定座上；所述穿刺针固定座侧部设置有挡板。

3.根据权利要求2所述的用于微创手术穿刺机器人的弧形导轨RCM进针装置，其特征在于，所述盒体内还设置有弹针组件，所述弹针组件包括设置在所述进针滑块侧部的电磁铁及设置在所述电磁铁上的电磁铁导杆，所述电磁铁导杆垂直设置于所述挡板的侧部，用于推动所述上滑块在所述滑槽内滑动；所述滑槽的两端均设置有用于对所述上滑块进行限位的限位块。

4.根据权利要求2所述的用于微创手术穿刺机器人的弧形导轨RCM进针装置，其特征在于，所述进针驱动组件包括进针电机、与所述进针电机的输出轴驱动连接的蜗轮蜗杆箱、与所述蜗轮蜗杆箱的输出轴驱动连接的主动轮、沿所述盒体的长度方向设置在所述主动轮对侧的从动轮及设置在所述主动轮和从动轮之间的同步带；

所述下滑块通过压紧件与所述同步带连接，压紧件包括压紧片和用于将所述压紧片固接在所述下滑块上的固定螺丝，所述固定螺丝将同步带固定在压紧片和下滑块之间。

5.根据权利要求4所述的用于微创手术穿刺机器人的弧形导轨RCM进针装置，其特征在于，所述同步带的侧部还设置有导向轮，所述导向轮上设置有聚四氟乙烯层。

6.根据权利要求1所述的用于微创手术穿刺机器人的弧形导轨RCM进针装置，其特征在于，所述弧形导轨包括导轨本体、分别设置在所述导轨本体上下两侧的上凸缘和下凸缘及设置在所述导轨本体的外滑道上的外齿部。

7.根据权利要求6所述的用于微创手术穿刺机器人的弧形导轨RCM进针装置，其特征在于，所述盒体上的安装板的底部设置有上下对称布置的上卡块和下卡块，所述上卡块两侧均设置有与所述安装板固接的上导向轴承，所述下卡块两侧设置有与所述安装板固接的下导向轴承，

所述上卡块和下卡块相对的两面上均设置有卡槽，通过卡槽分别卡设在所述导轨本体的上凸缘和下凸缘上；

所述上导向轴承和下导向轴承的轴承外壁上均开设有导向槽，通过导向槽分别卡设在所述导轨本体的上凸缘和下凸缘上。

8.根据权利要求7所述的用于微创手术穿刺机器人的弧形导轨RCM进针装置，其特征在于，所述弧形运动驱动机构包括与所述安装板固接的转接板、设置在所述转接板上的弧形运动驱动电机及驱动连接于所述弧形运动驱动电机的输出轴上的与所述导轨本体的外齿部啮合的外齿轮；

所述转动驱动机构包括承载板、设置在所述承载板上的转动驱动电机及一端与所述转动驱动电机的输出轴连接且另一端与所述导轨本体连接的连接板。

9.根据权利要求8所述的用于微创手术穿刺机器人的弧形导轨RCM进针装置，其特征在于，所述外齿轮上贯通设置有若干开孔。

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