CN219963051U - 电动末端执行器及手术导航定位机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电动末端执行器及手术导航定位机器人，包括：安装基础、直线模组、驱动模组、上夹爪和下夹爪；上夹爪和下夹爪可受牵引地打开或闭合；还包括上连接件和下连接件，上连接件可随上夹爪同步直线移动，下连接件固设于安装基础上；驱动模组包括传动轴、上绕线轮和下绕线轮，传动轴可受驱动地旋转；传动轴依次穿过上连接件和下连接件并转动连接；上绕线轮和下绕线轮均套设在传动轴上；上绕线轮和下绕线轮上分别缠设有上牵引绳和下牵引绳，上牵引绳与上夹爪连接，下牵引绳与下夹爪连接。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

电动末端执行器及手术导航定位机器人

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你和精准性，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。

实用新型内容

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：安装基础、直线模组、驱动模组、上夹爪和下夹爪；其中，

所述直线模组设于所述安装基础上，所述下夹爪通过下安装座设于所述安装基础上；所述上夹爪通过上安装座设于所述直线模组的输出端；

所述上夹爪和所述下夹爪分别用于夹持穿刺针的针头部和针尾部，所述上夹爪夹持固定针头部，针尾部可在所述下夹爪内沿轴向滑动；所述上夹爪和所述下夹爪可受牵引地打开或闭合；

还包括上连接件和下连接件，所述上连接件可随所述上夹爪同步直线移动，所述下连接件固设于所述安装基础上；

所述驱动模组包括传动轴、上绕线轮和下绕线轮，所述传动轴可受驱动地旋转，所述传动轴的轴线与所述直线模组的直线输出方向平行；所述传动轴依次穿过上连接件和下连接件并转动连接；

所述上绕线轮和下绕线轮均套设在所述传动轴上，所述上绕线轮设于所述上连接件上并可随传动轴转动和沿传动轴的轴线直线移动，所述下绕线轮设于所述下连接件上并可随转动轴旋转；

所述上绕线轮和下绕线轮上分别缠设有上牵引绳和下牵引绳，所述上牵引绳与所述上夹爪连接，所述下牵引绳与所述下夹爪连接。

进一步的，上夹爪和所述下夹爪为常开结构，可分别在上牵引绳和下牵引绳的牵引下闭合并夹持穿刺针。

进一步的，上夹爪包括第一夹臂和第二夹臂，所述第一夹臂和所述第二夹臂均铰接于所述上安装座上；

所述第一夹臂和所述第二夹臂之间设置有开合结构，所述开合结构可将直线运动转化为驱动第一夹臂和第二夹臂开合的旋转运动，所述开合结构与所述上安装座通过弹簧连接；

所述上牵引绳与所述开合结构连接。

进一步的，第一夹臂和所述第二夹臂均包括夹持端和旋转端，所述夹持端内开设有用于夹持固定穿刺针的夹持槽，所述旋转端与所述上安装座铰接。

进一步的，开合结构包括推动座和连杆组件，所述连杆组件包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆的第一端与所述第一夹臂铰接，所述第二连杆的第一端与所述第二夹臂铰接；

所述第一连杆和第二连杆的第二端共同铰接于所述推动座上，所述推动座通过弹簧与所述上安装座连接，所述上牵引绳与所述推动座连接。

进一步的，第一连杆的第二端开设有第一搭接槽，所述第二连杆的第二端开设有第二搭接槽，所述第一搭接槽搭接于所述第二搭接槽上，第一连杆和第二连杆的两侧面均平齐。

进一步的，推动座包括连接耳座和导向杆，所述导向杆滑动插接在所述上安装座内，所述弹簧套设在所述导向杆上；

所述连接耳座设于所述导向杆的端部，所述弹簧的两端分别与所述连接耳座的下端面和上安装座的上端面相抵，所述上牵引绳与所述导向杆连接；

所述第一连杆和第二连杆的第二端在搭接后铰接于所述连接耳座内。

进一步的，上夹爪还包括限位杆，所述限位杆固设于所述上安装座上，所述限位杆延伸至所述夹持端并贴近所述夹持槽。

进一步的，限位杆延伸至所述夹持端的一端开设有与穿刺针的针头部分匹配的弧形槽；所述夹持槽设置为与针头部分匹配的弧形槽。

进一步的，上安装座包括第一座体和第二座体，所述第一座体的下端设置有滑动凸起，上端开设有安装槽；

所述第二座体的上端开设有滑槽，所述第一座体通过所述滑动凸起卡设于所述滑槽内并通过螺栓固定；

所述安装槽包括第一槽体和第二槽体，所述第一夹臂的旋转端铰接于所述第一槽体内，所述第二夹臂的旋转端铰接于所述第二槽体内。

进一步的，安装槽内设置有与所述滑动凸起对应的隔断凸起，所述第一槽体和所述第二槽体分别位于所述隔断凸起的两侧；

所述隔断凸起内开设有导向孔，所述导向孔贯穿所述滑动凸起，所述导向杆滑动设于所述导向孔内。

进一步的，第二座体上开设有与所述导向孔对应的通孔，所述上牵引绳穿过所述通孔与所述导向杆连接。

进一步的，导向杆上开设有穿线孔，所述牵引绳固设于所述穿线孔内。

进一步的，还包括力传感器组件，所述力传感器组件包括传感器底座、力传感器、传感器固定座、把持座；

所述传感器固定座固设于所述直线模组的输出端，所述力传感器固设于所述传感器固定座上，所述传感器固定座固设于所述力传感器的检测端，所述把持座固设于所述传感器固定座上；

所述第二座体固设于所述把持座上。

进一步的，把持座上开设有安装槽，所述第二座体的下端具有插接部，所述插接部插接于所述安装槽内并通过锁紧旋钮锁紧。

进一步的，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安装基础上，所述旋转盖与所述下牵引绳连接，可受所述下牵引绳拉动而旋转；

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。

进一步的，下部连接件包括下连杆和下安装座，所述下连杆的第一端与所述安装基础固定连接，第二端与所述下安装座连接；所述

所述导针槽开设在所述下安装座上，所述旋转盖通过扭簧与所述下安装座的侧面铰接。

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，所述连接体与所述下牵引绳连接。

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，安装基础的下端固设有安装臂，所述安装臂上开设有连接槽，所述下连杆的第一端插接在所述连接槽内并通过螺栓锁紧。

进一步的，上连接件设于所述直线模组的输出端，所述上连接件和所述下连接件均包括两块连接耳板，所述传动轴穿过所述连接耳板；

所述上绕线轮位于所述上连接件的两块连接耳板之间，所述下绕线轮位于所述下连接件的两块连接耳板之间。

进一步的，安装基础上设置有传动轴安装座，所述传动轴穿过所述传动轴安装座并转动连接。

进一步的，传动轴的横截面为非整圆，所述上绕线轮和下绕线轮内具有与所述传动轴的横截面相吻合的安装孔，所述传动轴穿过所述安装孔。

进一步的，安装基础的上端设置有驱动电机，所述驱动电机的输出端设置有主动齿轮，所述传动轴上设置有从动齿轮，所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合，所述主动齿轮的直径大于所述从动齿轮的直径。

进一步的，直线模组包括滑轨、丝杆、滑块和丝杠电机；

所述滑轨设于所述安装基础上，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。

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，其中上夹爪对穿刺针的夹持为固定夹持，而下夹爪则为活动夹持，下夹爪实质上作为穿刺针进针的导向装置。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。上夹爪和下夹爪为绳驱动闭合的结构，在未夹持穿刺针时，上夹爪和下夹爪均处于开启状态。在夹持时，可将穿刺针的针头部分安装在上夹爪内，针尾部分安装在下夹爪内，由上牵引绳拉动上夹爪闭合，由下牵引绳拉动下夹爪闭合。在释放时，上牵引绳和下牵引绳放出，上夹爪和下夹爪在自身弹性件的牵引下打开，此时穿刺针即可脱离上夹爪和下夹爪。

本申请的核心在于保持穿刺针进针操作的同时能够同步控制上夹爪和下夹爪进行夹持和释放动作。在执行夹持动作时，通过控制传动轴旋转，使得安装在传动轴上的上绕线轮和下绕线轮同步旋转，由上绕线轮牵引上牵引绳使上夹爪闭合，由下绕线轮牵引下牵引绳使下夹爪闭合，释放则同理。并且通过上绕线轮和传动轴的结构设计，使得上绕线轮能够随着上夹爪的直线移动而在传动轴上直线移动，从而实现了保持穿刺针进针操作的同时，使得上夹爪和下夹爪能够快速的进行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中另一视角的装配结构示意图；

图3是根据本申请实施例中上夹爪的爆炸结构示意图；

图4是根据本申请实施例中上夹爪的装配结构示意图；

图5是根据本申请实施例中上夹爪的俯视结构示意图；

图6是根据本申请实施例中上夹爪的仰视结构示意图；

图7是图6中A-A的剖视结构示意图；

图8是根据本申请实施例中下夹爪的装配结构示意图；

图9是图8中A-A的剖视结构示意图；

图10是根据本申请实施例中限位块的结构示意图；

其中，1安装基础，2下连接件，3下绕线轮，4下连杆，5下夹爪，51下安装座，52旋转盖，53定位槽，54导针槽，55扭簧，6下牵引绳，7穿刺针，8上夹爪，81上安装座，811第一座体，812滑动凸起，813第二座体，814滑槽，815通孔，816插接部，817导向孔，818锁紧旋钮，819安装槽，820隔断凸起，821弹簧，82第一夹臂，83第二夹臂，84夹持槽，85推动座，851连接耳座，852导向杆，86限位杆，87第一连杆，88第二连杆，9力传感器组件，91把持座，92传感器固定座，93力传感器，94传感器底座，10上牵引绳，11直线模组，12追踪器，13从动齿轮，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传动轴安装座，16上连接件，17连接耳板，18上绕线轮，19传动轴，20主动齿轮，21下部连接件。

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“上”、“下”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和图2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：安装基础1、直线模组11、驱动模组、上夹爪8和下夹爪5；其中，

直线模组11设于安装基础1上，下夹爪5通过下安装座51设于安装基础1上；上夹爪8通过上安装座81设于直线模组11的输出端；

上夹爪8和下夹爪5分别用于夹持穿刺针7的针头部和针尾部，上夹爪8夹持固定针头部，针尾部可在下夹爪5内沿轴向滑动；上夹爪8和下夹爪5可受牵引地打开或闭合；

还包括上连接件16和下连接件2，上连接件16可随上夹爪8同步直线移动，下连接件2固设于安装基础1上；

驱动模组包括传动轴19、上绕线轮18和下绕线轮3，传动轴19可受驱动地旋转，传动轴19的轴线与直线模组11的直线输出方向平行；传动轴19依次穿过上连接件16和下连接件2并转动连接；

上绕线轮18和下绕线轮3均套设在传动轴19上，上绕线轮18设于上连接件16上并可随传动轴19转动和沿传动轴19的轴线直线移动，下绕线轮3设于下连接件2上并可随转动轴旋转；

上绕线轮18和下绕线轮3上分别缠设有上牵引绳10和下牵引绳6，上牵引绳10与上夹爪8连接，下牵引绳6与下夹爪5连接。

在本实施例中，该电动末端执行器主要由安装基础1、直线模组11、驱动模组、上夹爪8和下夹爪5组成。安装基础1作为直线模组11、驱动模组和下夹爪5的安装平台，其可设置为具有多个安装位的平板状结构。直线模组11的作用在于通过输出直线运动来实现穿刺针7的进针操作，因此直线模组11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8和下夹爪5分别作为穿刺针7的针头部分和针尾部分的夹持机构。上夹爪8固定在直线模组11的输出端，由直线模组11带动直线移动，因此穿刺针7在被上夹爪8和下夹爪5夹持后，穿刺针7与上夹爪8之间相对固定，穿刺针7与下夹爪5之间相对滑动，从而实现进针。因此本实施例中上夹爪8作为该电动末端中穿刺针7的固定端，下夹爪5作为该电动末端中穿刺针7的活动端。

当上夹爪8和下夹爪5均会主动的对穿刺针7施加夹持力时，在夹持和释放时便需要同时控制上夹爪8和下夹爪5动作来实现。由于上夹爪8处于移动状态，而下夹爪5处于固定状态，因此在设计时需要考虑兼顾上夹爪8的直线移动以及上夹爪8和下夹爪5的同步快速夹持、释放。因此本实施例对上夹爪8、下夹爪5和驱动模组的结构进行改进：

具体的，上夹爪8和下夹爪5均可通过牵引的方式来实现闭合和开启。上夹爪8和下夹爪5采用相对旋转或相背旋转的方式来实现夹持和释放动作。上夹爪8和下夹爪5的相对旋转可通过牵引绳主动牵引来实现，而相背旋转则可通过自身的弹性件来实现，即在受牵引相对旋转时需要克服自身弹性件的弹力，而相背旋转实质是在弹性件的弹力牵引下实现。因此驱动模组的作用便在于能够同时牵引上夹爪8和下夹爪5，并且不对上夹爪8的直线移动产生干涉。

为此，本实施例中设置上连接件16和下连接件2，上连接件16可随上夹爪8同步直线移动，上连接件16作为活动的结构，其具体安装位置可为直线模组11的输出端、或者上夹爪8的固定部、或上安装座81。下连接件2作为固定的结构可直接固设于安装基础1上。

如图1所示，驱动模组作为实现夹持和释放动作的驱动部分，主要由传动轴19、上绕线轮18和下绕线轮3组成。传动轴19依次穿过上连接件16和下连接件2，且传动轴19可在上连接件16和下连接件2内旋转，传动轴19的旋转可通过电机或舵机带动实现。上绕线轮18和下绕线轮3均套设在传动轴19上，上绕线轮18与传动轴19的连接关系为上绕线轮18可随着传动轴19旋转，且上绕线轮18可在传动轴19上沿其轴向直线移动。因此上绕线轮18内穿过传动轴19的孔不能是圆孔，传动轴19径向截面不能是整圆。例如传动轴19的径向截面设置为半圆形，上绕线轮18的孔也设置为半圆形。当传动轴19穿过上绕线轮18后，上绕线轮18能够随传动轴19旋转，且也能在外力驱动下沿传动轴19的轴向直线移动。

由于本实施例中穿刺针7进针操作的输出部分为上夹爪8，因此上绕线轮18应当随着上夹爪8而直线移动，而上连接件16是随着上夹爪8直线移动的，因此上绕线轮18应该在上连接件16地驱动下直线移动。因此上绕线轮18与上连接件16之间具有一定的连接关系，使得上连接件16能够带动上绕线轮18直线移动，且上绕线轮18也能旋转。为实现该目的，如图1所示，可在上连接件16上设置两个挡板，两个挡板位于上绕线轮18的两端，上连接件16移动的同时通过两个挡板推动上绕线轮18同步移动。而挡板与上绕线轮18之间仅接触，因此也不会影响上绕线轮18旋转。又或者上绕线轮18的两端卡接在两个挡板内并转动连接。从结构尽可能简单的角度考虑。上绕线轮18与两个挡板之间应该是仅为接触的连接关系。

而下绕线轮3作为控制下夹爪5夹持和释放的结构只需要能够实现旋转即可，因此下绕线轮3可定位在下连接件2上并可旋转。同样可在下连接件2上设置两个挡板，将下绕线轮3安装在两个挡板之间即可。

上绕线轮18和下绕线轮3安装在同一个传动轴19上，因此传动轴19的旋转将带动上绕线轮18和下绕线轮3同步旋转。而上绕线轮18和下绕线轮3的旋转将带动上牵引绳10和下牵引绳6的收绳和放绳。当上绕线轮18和下绕线轮3旋转实现上牵引绳10和下牵引绳6收绳时，上夹爪8和下夹爪5将闭合，从而夹持穿刺针7。当上绕线轮18和下绕线轮3旋转实现上牵引绳10和下牵引绳6放绳时，上夹爪8和下夹爪5将在自身弹性件的牵引下开启，从而释放穿刺针7。上牵引绳10和下牵引绳6可采用钢丝绳，并套接尼龙管。

综上，本申请的核心在于保持穿刺针7进针操作的同时能够同步控制上夹爪8和下夹爪5进行夹持和释放动作。在执行夹持动作时，通过控制传动轴19旋转，使得安装在传动轴19上的上绕线轮18和下绕线轮3同步旋转，由上绕线轮18牵引上牵引绳10使上夹爪8闭合，由下绕线轮3牵引下牵引绳6使下夹爪5闭合，释放则同理。并且通过上绕线轮18和传动轴19的结构设计，使得上绕线轮18能够随着上夹爪8的直线移动而在传动轴19上直线移动，从而实现了保持穿刺针7进针操作的同时，使得上夹爪8和下夹爪5能够快速的进行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7时操作复杂，无法快速释放的问题。

为提高使用安全性，上夹爪8和下夹爪5为常开结构，可分别在上牵引绳10和下牵引绳6的牵引下闭合并夹持穿刺针7。通过将上夹爪8和下夹爪5设置为常开结构，使得当设备出现问题时，上夹爪8和下夹爪5处于打开的状态，从而保证人身安全。

上夹爪8作为穿刺针7的针头部分夹持结构，其需要具有固定夹持穿刺针7的功能，且能够在上牵引绳10的牵引作用下闭合，上牵引绳10放出时开启的功能。为此，本实施例将对上夹爪8的结构进行具体说明：

如图3至图7所示，上夹爪8包括第一夹臂82和第二夹臂83，第一夹臂82和第二夹臂83均铰接于上安装座81上，第一夹臂82和第二夹臂83相对设置，第一夹臂82和第二夹臂83均包括夹持端和旋转端，夹持端内开设有用于夹持固定穿刺针7的夹持槽84，旋转端与上安装座81铰接。在执行夹持动作时，第一夹臂82和第二夹臂83相对旋转，在执行释放动作时第一夹臂82和第二夹臂83相背旋转。第一夹臂82和第二夹臂83可通过转轴与上安装座81进行铰接。

驱动第一夹臂82和第二夹臂83相对和相背旋转的结构为安装在第一夹臂82和第二夹臂83之间的开合结构，开合结构可将直线运动转化为驱动第一夹臂82和第二夹臂83开合的旋转运动，开合结构与上安装座81通过弹簧821连接；上牵引绳10与开合结构连接，通过上牵引绳10拉动开合结构，使第一夹臂82和第二夹臂83克服弹簧821的弹力而闭合，在上牵引绳10放出时，第一夹臂82和第二夹臂83又在弹簧821弹力作用下打开。

开合结构作为实现控制第一夹臂82和第二夹臂83闭合的结构，其包括推动座85和连杆组件，连杆组件包括第一连杆87和第二连杆88，第一连杆87的第一端与第一夹臂82铰接，第二连杆88的第一端与第二夹臂83铰接。第一连杆87与第一夹臂82的铰接点位于第一夹臂82的夹持端和旋转端之间，第二连杆88与第二夹臂83的铰接点位于第二夹臂83的夹持端和旋转端之间；第一连杆87和第二连杆88的第二端共同铰接于推动座85上，推动座85通过弹簧821与上安装座81连接，上牵引绳10与推动座85连接。

具体的，可通过拉动上牵引绳10来拉动推动座85并压缩弹簧821，推动座85被拉动后会同步拉动第一连杆87和第二连杆88，并通过第一连杆87和第二连杆88分别拉动第一夹臂82和第二夹臂83，使得第一夹臂82和第二夹臂83相对旋转实现夹持。此时推动座85、第一连杆87和第二连杆88整体呈Y型的结构。释放穿刺针7则时上牵引绳10放出，推动座85在弹簧821的作用下反向移动并推动第一连杆87和第二连杆88，由第一连杆87和第二连杆88分别将第一夹臂82和第二夹臂83撑开实现释放。此时第一连杆87和第二连杆88之间的夹角相对于夹持时的夹角会更大。

第一连杆87和第二连杆88可分别铰接在推动座85的两个铰接点上，也可共同铰接于同一个铰接点。为简化结构，优选为铰接于同一个铰接点。当铰接于同一个铰接点时，第一连杆87和第二连杆88的第二端将叠放，因此为减小叠放后的占用空间，本实施例在第一连杆87的第二端开设有第一搭接槽，第二连杆88的第二端开设有第二搭接槽，第一搭接槽搭接于第二搭接槽上，第一连杆87和第二连杆88的两侧面均平齐。

由于推动座85实质上是在上牵引绳10和弹簧821的作用下做直线移动，因此为使移动稳定，需要对其进行定位和导向。因此，本实施例中的推动座85包括连接耳座851和导向杆852，导向杆852滑动插接在上安装座81内，弹簧821套设在导向杆852上，在推动座85直线移动的过程中，导向杆852也会在上安装座81内直线移动，由导向杆852实现推动座85的精准移动；连接耳座851设于导向杆852的端部，弹簧821的两端分别与连接耳座851的下端面和上安装座81的上端面相抵，上牵引绳10与导向杆852连接；第一连杆87和第二连杆88的第二端在搭接后铰接于连接耳座851内，连接耳座851具有两个连接耳板17，通过两个连接耳板17使得第一连杆87和第二连杆88的连接更为稳定。

为便于穿刺针7的针头部分准确的放入上夹爪8的夹持位置，本实施例中的上夹爪8还包括限位杆86，限位杆86固设于上安装座81上，限位杆86延伸至夹持端并贴近夹持槽84，在安装穿刺针7时，限位杆86将对穿刺针7在夹持槽84内的安装位置进行定位，即当穿刺针7的针头部分与限位杆86的端部相抵时，则表面穿刺针7位于夹持槽84的夹持位置，此时控制上夹爪8执行夹持动作后即可将穿刺针7稳定夹持，避免在夹持时穿刺针7与夹持槽84之间发生错位。

为进一步便于放入和夹持穿刺针7，本实施例中，限位杆86延伸至夹持端的一端开设有与穿刺针7的针头部分匹配的弧形槽；夹持槽84设置为与针头部分匹配的弧形槽。

为便于零部件的更换，本实施例中的上安装座81包括第一座体811和第二座体813，第一座体811的下端设置有滑动凸起812，上端开设有安装槽819；第二座体813的上端开设有滑槽814，第一座体811通过滑动凸起812卡设于滑槽814内并通过螺栓固定，螺栓可从安装槽819的侧面穿入，滑槽814可设置为通槽或一端封闭的槽，为便于定位，优选为一端封闭的槽，当滑动凸起812与封闭端相抵时则表明安装到位；

为便于第一夹臂82和第二夹臂83的安装，安装槽819包括第一槽体和第二槽体，第一夹臂82的旋转端铰接于第一槽体内，第二夹臂83的旋转端铰接于第二槽体内。为便于导向杆852的安装，安装槽819内设置有与滑动凸起812对应的隔断凸起820，第一槽体和第二槽体分别位于隔断凸起820的两侧；隔断凸起820内开设有导向孔817，导向孔817贯穿滑动凸起812，导向杆852滑动设于导向孔817内。第二座体813上开设有与导向孔817对应的通孔815，上牵引绳10穿过通孔815与导向杆852连接。

为使弹簧821在压缩后具有足够的弹性势能使第一夹臂82和第二夹臂83打开，弹簧821应该具有一定的长度，而为使整体结构更为紧凑，需要对弹簧821的安装位置进行进一步调整。具体的，如图7所示，本实施例中导向孔817由至少两部分组成，第一部分为直径略大的第一部分，第二部分为直径较小的第二部分，导向杆852的下端插入第一部分内，弹簧821安装在第一部分中，朝向连接耳座851的一端延伸出第一部分并与连接耳座851相抵，另一端则相抵与第一部分的内底面。下牵引绳6穿过第二部分后延伸入第一部分并与导向杆852连接。

为便于上牵引绳10和导向杆852的连接，导向杆852上开设有穿线孔，牵引绳固设于穿线孔内。

为便于准确的获取穿刺针7在穿刺时受到的压力，如图3所示，本实施例中该末端执行器还包括力传感器组件9，力传感器组件9包括传感器底座94、力传感器93、传感器固定座92、把持座91；

传感器固定座92固设于直线模组11的输出端，力传感器93固设于传感器固定座92上，传感器固定座92固设于力传感器93的检测端，把持座91固设于传感器固定座92上；第二座体813固设于把持座91上，通过力传感器93可在上夹爪8带动穿刺针7进针时获取穿刺针7受到的压力。

为便于第二座体813与把持座91的安装和拆卸，把持座91上开设有安装槽819，第二座体813的下端具有插接部816，插接部816插接于安装槽819内并通过锁紧旋钮818锁紧。

下夹爪5作为穿刺针7的针尾夹持结构，需要能够与上夹爪8同步快速夹持和释放，本实施例对下夹爪5的结构进行具体说明：

如图8和图9所示，下夹爪5包括下部连接件21和旋转盖52，下部连接件21设于安装基础1上，旋转盖52与下牵引绳6连接，可受下牵引绳6拉动而旋转；

下部连接件21上开设有用于容纳穿刺针7的针体部分的导针槽54，旋转盖52铰接于下部连接件21的侧面；

旋转盖52与下部连接件21通过扭簧55连接，旋转盖52上开设有与导针槽54对应的定位槽53，定位槽53可随着旋转盖52的旋转而朝向或远离导针槽54移动。

本实施例中下夹爪5由下部连接件21和旋转盖52两部分组成，下部连接件21作为固定件安装在安装基础1的下端。下部连接件21上沿着穿刺针7的轴向开设有导针槽54，导针槽54为通槽结构，在旋转盖52处于解锁状态时，穿刺针7的针尾部分可以水平方向卡入导针槽54内。旋转盖52铰接在下部连接件21的侧面，旋转盖52与上部连接件之间通过扭簧55进行连接，旋转盖52上开设有定位槽53，定位槽53的开口朝向穿刺针7。在常态下，旋转盖52在扭簧55的作用下位于解锁位置，此时导针槽54与定位槽53的位置较远，导针槽54的两端打开，从而可将穿刺针7的针尾部分以水平方向放入导针槽54内，或者将穿刺针7从导针槽内取下。

在夹持穿刺针7时需要转动旋转盖52至锁定位置，旋转盖52在扭簧55的作用下复位至锁定位置。此时的旋转盖52与穿刺针7接触，同时向穿刺针7施加水平方向上的推力，在该推力的作用下穿刺针7被夹持在导针槽54内，同时该推力也不会影响穿刺针7在上夹爪8作用下的进针。在释放穿刺针7时则需要反向转动旋转盖52，再次使得导针槽54的两端不受到旋转盖52的干涉。此时穿刺针7失去了旋转盖52施加的夹持力，操作人员可以水平方向将穿刺针7同时从上夹爪8和下夹爪5中取出即可。

在本实施例中下夹爪5对穿刺针7的夹持和释放均由旋转盖52旋转来实现，即旋转盖52正向旋转实现穿刺针7的夹持，反向旋转实现穿刺针7的释放。本实施例中上牵引绳10拉动旋转盖52旋转来实现锁定，通过上牵引绳10放出，扭簧55作用使旋转盖52旋转来实现解锁。

如图8所示，下部连接件21包括下连杆4和下安装座51，下连杆4的第一端与安装基础1固定连接，第二端与下安装座51连接；导针槽54开设在下安装座51上，旋转盖52通过扭簧55与下安装座51的侧面铰接。

如图10所示，为提高互换性，本实施例中的下部连接件21还包括限位块14，限位块14内开设有用于穿刺针7穿过的第二穿针孔，在更换不同尺寸的穿刺针7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54的尺寸与限位块14的尺寸匹配，限位块14卡设于导针槽54内。

此外，穿刺针7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54并与定位槽53对应，旋转盖52在夹持时通过夹持限位块14的方式来夹持穿刺针7。

为使限位块14能够稳定安装在导针槽54内，需要对限位块14的结构进一步改进，具体的，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54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7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7，采用了限位块14作为中间件的方式实现。而在释放穿刺针7后为避免限位块14留在穿刺针7上，造成穿刺针7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：

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54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7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7上保留中间件。

由于穿刺针7受到的夹持力主要由旋转盖52提供，因此为使穿刺针7受力均匀，本实施例中的旋转盖52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54的轴向分布，且两个盖体分别位于导针槽54的两端，定位槽53开设在盖体上，限位块14的两端均延伸出导针槽54并与两端的定位槽53对应；盖体与转轴铰接，连接体与牵引绳连接。在夹持时，位于导针槽54两端的盖体均向穿刺针7施加夹持力，从而使得穿刺针7在导针槽54两端受力均匀，提高穿刺针7进针的稳定性。

由于在夹持时需要定位槽53与限位块14的小圆柱部144卡接，因此本实施例中定位槽53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7沿导针槽54的开口方向脱离导针槽54，定位槽53的深度大于等于导针槽54的开口宽度。

为便于下连杆4和安装基础1的连接和拆卸，安装基础1的下端固设有安装臂，安装臂上开设有连接槽，下连杆4的第一端插接在连接槽内并通过螺栓锁紧。

如图1所示，上连接件16设于直线模组11的输出端，上连接件16和下连接件2均包括两块连接耳板17，传动轴19穿过连接耳板17；上绕线轮18位于上连接件16的两块连接耳板17之间，下绕线轮3位于下连接件2的两块连接耳板17之间。

为便于传动轴19的安装和稳定旋转，安装基础1上设置有传动轴安装座15，传动轴19穿过传动轴安装座15并转动连接。

如图1所示，安装基础1的上端设置有驱动电机，驱动电机的输出端设置有主动齿轮20，传动轴19上设置有从动齿轮13，主动齿轮20与从动齿轮13啮合，主动齿轮20的直径大于从动齿轮13的直径，使得驱动电机能够带动传动轴19快速旋转，从而实现穿刺针7的快速释放。

直线模组11包括滑轨、丝杆、滑块和丝杠电机；滑轨设于安装基础1上，丝杠设于滑轨内，滑块卡设于滑轨上并与丝杆螺纹连接，丝杆电机固设于滑轨的端部并与丝杆传动连接。

丝杠电机和驱动电机可安装在安装基础1的上端，二者的安装位置较近，便于线路板等电子元件的布置。为便于在穿刺过程中获取该执行器的位置，安装基础1上还设置有追踪器12。

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：安装基础、直线模组、驱动模组、上夹爪和下夹爪；其中，

所述直线模组设于所述安装基础上，所述下夹爪通过下安装座设于所述安装基础上；所述上夹爪通过上安装座设于所述直线模组的输出端；

所述上夹爪和所述下夹爪分别用于夹持穿刺针的针头部和针尾部，所述上夹爪夹持固定针头部，针尾部可在所述下夹爪内沿轴向滑动；所述上夹爪和所述下夹爪可受牵引地打开或闭合；

所述电动末端执行器还包括上连接件和下连接件，所述上连接件可随所述上夹爪同步直线移动，所述下连接件固设于所述安装基础上；

所述驱动模组包括传动轴、上绕线轮和下绕线轮，所述传动轴可受驱动地旋转，所述传动轴的轴线与所述直线模组的直线输出方向平行；所述传动轴依次穿过上连接件和下连接件并转动连接；

所述上绕线轮和下绕线轮均套设在所述传动轴上，所述上绕线轮设于所述上连接件上并可随传动轴转动和沿传动轴的轴线直线移动，所述上连接件上设置两个挡板，两个挡板位于所述上绕线轮的两端，所述上连接件移动的同时通过两个所述挡板推动所述上绕线轮同步移动；

所述下绕线轮设于所述下连接件上并可随转动轴旋转；

所述上绕线轮和下绕线轮上分别缠设有上牵引绳和下牵引绳，所述上牵引绳与所述上夹爪连接，所述下牵引绳与所述下夹爪连接。

2.根据权利要求1所述的电动末端执行器，其特征在于，所述上夹爪包括第一夹臂和第二夹臂，所述第一夹臂和所述第二夹臂均铰接于所述上安装座上；

所述第一夹臂和所述第二夹臂之间设置有开合结构，所述开合结构可将直线运动转化为驱动第一夹臂和第二夹臂开合的旋转运动，所述开合结构与所述上安装座通过弹簧连接；

所述上牵引绳与所述开合结构连接。

3.根据权利要求2所述的电动末端执行器，其特征在于，所述第一夹臂和所述第二夹臂均包括夹持端和旋转端，所述夹持端内开设有用于夹持固定穿刺针的夹持槽，所述旋转端与所述上安装座铰接。

4.根据权利要求3所述的电动末端执行器，其特征在于，所述开合结构包括推动座和连杆组件，所述连杆组件包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆的第一端与所述第一夹臂铰接，所述第二连杆的第一端与所述第二夹臂铰接；

所述第一连杆和第二连杆的第二端共同铰接于所述推动座上，所述推动座通过弹簧与所述上安装座连接，所述上牵引绳与所述推动座连接。

5.根据权利要求4所述的电动末端执行器，其特征在于，所述推动座包括连接耳座和导向杆，所述导向杆滑动插接在所述上安装座内，所述弹簧套设在所述导向杆上；

所述连接耳座设于所述导向杆的端部，所述弹簧的两端分别与所述连接耳座的下端面和上安装座的上端面相抵，所述上牵引绳与所述导向杆连接；

所述第一连杆和第二连杆的第二端在搭接后铰接于所述连接耳座内。

6.根据权利要求3所述的电动末端执行器，其特征在于，所述上夹爪还包括限位杆，所述限位杆固设于所述上安装座上，所述限位杆延伸至所述夹持端并贴近所述夹持槽。

7.根据权利要求2至6任一项所述的电动末端执行器，其特征在于，所述上安装座包括第一座体和第二座体，所述第一座体的下端设置有滑动凸起，上端开设有安装槽；

所述第二座体的上端开设有滑槽，所述第一座体通过所述滑动凸起卡设于所述滑槽内并通过螺栓固定；

所述安装槽包括第一槽体和第二槽体，所述第一夹臂的旋转端铰接于所述第一槽体内，所述第二夹臂的旋转端铰接于所述第二槽体内。

8.根据权利要求7所述的电动末端执行器，其特征在于，还包括力传感器组件，所述力传感器组件包括传感器底座、力传感器、传感器固定座、把持座；

所述传感器固定座固设于所述直线模组的输出端，所述力传感器固设于所述传感器固定座上，所述传感器固定座固设于所述力传感器的检测端，所述把持座固设于所述传感器固定座上；

所述第二座体固设于所述把持座上。

9.根据权利要求1所述的电动末端执行器，其特征在于，所述下夹爪包括下部连接件和旋转盖，所述下部连接件设于所述安装基础上，所述旋转盖与所述下牵引绳连接，可受所述下牵引绳拉动而旋转；

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。

10.根据权利要求9所述的电动末端执行器，其特征在于，所述下部连接件包括下连杆和下安装座，所述下连杆的第一端与所述安装基础固定连接，第二端与所述下安装座连接；

所述导针槽开设在所述下安装座上，所述旋转盖通过扭簧与所述下安装座的侧面铰接。

11.根据权利要求1所述的电动末端执行器，其特征在于，所述上连接件设于所述直线模组的输出端，所述上连接件和所述下连接件均包括两块连接耳板，所述传动轴穿过所述连接耳板；

所述上绕线轮位于所述上连接件的两块连接耳板之间，所述下绕线轮位于所述下连接件的两块连接耳板之间。

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。