CN101612436A - 血管介入手术机器人推进机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种血管介入手术机器人推进机构，用于血管介入手术机器人的末端执行器，包括用于推进导管的轴向进给部件、用于改变导管前进方向的周向旋转部件和用于检测导管前进距离的检测部件；检测部件与所述轴向进给部件通过连杆连接成整体，并保持平行，二者同步进给、同步旋转；轴向进给部件包括一对同步且反向转动的主动滚轮，形成对导管的第一夹持臂；检测部件包括一对从动滚轮，形成对导管的第二夹持臂；周向旋转部件包括与轴向进给部件和检测部件固定在一起的内啮合齿轮、由旋转电机驱动的旋转齿轮，内啮合齿轮与旋转齿轮啮合。体积小、结构紧凑、操作和维护方便，可以实现对导管的双臂夹持，达到导管的螺旋式推进与检测同步。

Description

血管介入手术机器人推进机构

技术领域

本发明涉及一种血管介入微创外科手术机器人部件，尤其涉及一种血管介入手术机器人推进机构。

背景技术

近年来，国内医疗机器人的研究和开发力度越来越大，能在临床应用的机器人越来越多，但血管介入手术机器人末端执行器还未有全面的发展。

现有技术中，血管介入手术由医生人工完成，存在着明显的弊端，如：医生在射线环境下工作，长期操作对身体伤害很大；现有手术方法技巧性强，风险性高，专科医生手术培训时间长；由于操作复杂、手术时间长，医生疲劳和人手操作不稳定等因素会直接影响手术质量，进而影响患者生存质量等。

发明内容

本发明的目的是提供一种能实现对导管的螺旋式推进与检测同步的血管介入手术机器人推进机构。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的血管介入手术机器人推进机构，用于血管介入手术机器人的末端执行器，包括用于推进导管的轴向进给部件、用于改变导管前进方向的周向旋转部件和用于检测导管前进距离的检测部件；

所述检测部件与所述轴向进给部件通过连杆连接成整体，并保持平行，二者同步进给、同步旋转；

所述轴向进给部件包括一对同步且反向转动的主动滚轮，形成对导管的第一夹持臂；

所述检测部件包括一对从动滚轮，形成对导管的第二夹持臂；

所述周向旋转部件包括与所述轴向进给部件和所述检测部件固定在一起的内啮合齿轮、由旋转电机驱动的旋转齿轮，所述内啮合齿轮与所述旋转齿轮啮合。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的血管介入手术机器人推进机构，由于包括用于推进导管的轴向进给部件、用于改变导管前进方向的周向旋转部件和用于检测导管前进距离的检测部件；检测部件与轴向进给部件通过连杆连接成整体，并保持平行，二者同步进给、同步旋转；轴向进给部件包括一对同步且反向转动的主动滚轮，形成对导管的第一夹持臂；检测部件包括一对从动滚轮，形成对导管的第二夹持臂，可以实现对导管的双臂夹持，达到导管的螺旋式推进与检测同步的目的。

附图说明

图1a、图1b、图1c为本发明血管介入手术机器人推进机构的总体结构示意图；

图2a、图2b为本发明中轴向进给部件的结构示意图；

图3为本发明中轴向进给部件传动示意图；

图4为本发明中检测部件结构示意图。

图中：1底座，2大旋转盘后支架，3旋转电机座，4旋转电机，5大旋转盘轴内芯，6旋转齿轮联轴器，7旋转齿轮，8轴套，9大旋转盘轴，10大旋转盘前支架，11轴向进给部件，12内啮合齿轮，13大旋转盘，14连杆，15从动滚轮固定部件，16大检测盘，17检测部件底座，18从动滚轮移动部件，19轴向进给驱动部件，20检测支撑座，21机械臂接口，22左侧主动滚轮，23右侧主动滚轮，24定位齿轮，25柔性锁紧机构，26主动滚轮轮皮，27传动齿轮，28L型连杆，29梯形固定块，30主动滚轮固定片，31主动滚轮轴，32第一齿轮，33第二齿轮，34第四齿轮，35第三齿轮，36左侧从动滚轮，37编码器传动齿轮，38从动滚轮轴承座，39从动滚轮轮皮，40右侧从动滚轮，41从动滚轮轴，42从动滚轮支架，43压缩弹簧，44从动轮移动支架，45从动轮移动轴。

具体实施方式

本发明的血管介入手术机器人推进机构，其较佳的具体实施方式是，用于血管介入手术机器人的末端执行器，包括用于推进导管的轴向进给部件、用于改变导管前进方向的周向旋转部件和用于检测导管前进距离的检测部件；

其中，检测部件与轴向进给部件通过连杆连接成整体，并保持平行，二者同步进给、同步旋转；轴向进给部件一对同步且反向转动的主动滚轮，形成对导管的第一夹持臂；检测部件包括一对从动滚轮，形成对导管的第二夹持臂；实现对导管的双臂夹持，达到导管的螺旋式推进与检测同步的目的。

周向旋转部件包括与轴向进给部件和检测部件固定在一起的内啮合齿轮、由旋转电机驱动的旋转齿轮，内啮合齿轮与旋转齿轮啮合。具体轴向进给部件和检测部件可以固连在大旋转盘上，内啮合齿轮与大旋转盘固定。

轴向进给部件由直流电机驱动，通过齿轮将动力传递到主动滚轮上，最终通过摩擦传动的方式将所述主动滚轮的转动转化为导管的直线进给运动。导管的直线运动通过摩擦的方式转变成从动滚轮的转动，并通过光电编码器记录从动滚轮的角度变化量，通过数学转换，变换成导管的实际前进的距离值，从而实现对导管实际前进距离的实时检测。

具体轴向进给部件可以包括4个同齿数的传动齿轮，由电机带动第一齿轮，并通过第二齿轮把动力传递到左侧主动滚轮；同时，由第三齿轮改变运动方向，并由第四齿轮将动力传递到右侧主动滚轮，最终实现一对主动滚轮的同步反转。

轴向进给部件还可以包括定位齿轮和柔性锁紧机构，由主动滚轮、定位齿轮和柔性锁紧机构共同作用完成对导管的夹持及锁定，同时柔性锁紧机构还具备针对不同型号导管的自适应功能。

本发明的血管介入手术机器人推进机构还可与包括用于与上部机械臂连接的简易接口，同时其底部装有整个机器人空间的标记点。能够实现方便快捷的拆卸，同有利于***的集成。

下面通过具体实施例，并结合附图对本发明做进一步说明。

如图1a、图1b、图1c所示，本发明的推进机构包括支撑平台、旋转部件、驱动部件三个部分。

其中，支撑平台包括底座1、大旋转盘后支架2、大旋转盘前支架10、大旋转盘轴9、大旋转盘轴内芯5、轴套8、检测支撑座20等。其旋转驱动部件包括旋转电机座3、旋转电机4、旋转齿轮联轴器6、旋转齿轮7、内啮合齿轮12等，其中旋转电机座3只对旋转电机4起竖直方向支撑的作用，电机由螺钉固定在大旋转盘前支架10上，内啮合齿轮和旋转部件间通过螺钉连接实现动力的传递。

旋转部件包括大旋转盘13、连杆14、大检测盘16、轴向进给部件11、检测部件、轴向进给驱动19等。其中轴向进给部件及其驱动固定在大旋转盘上，检测部件及其光电编码器固定在大检测盘上，两者通过连杆14连接固定成整体，且同时保证大旋转盘与大检测盘的平行及其中心轴线的同轴。同时整个旋转部件通过大旋转盘中的圆柱面与支撑平台的大旋转盘轴9配合定位并由紧定螺钉固定。

本发明的旋转部件相当于一个悬臂梁，为了增加其刚度及可靠性在悬臂端增加了一个检测支撑座20对旋转部件进行过定位支撑，由于机械结构的过定位，检测支撑与底座间的连接采用横向可调试的连接方式以满足过定位的装配要求。

如图2a、图2b所示，本发明的轴向进给部件包括定位齿轮24、柔性锁紧机构25、主动滚轮轮皮26、传动齿轮27、L型连杆28、梯形固定块29、主动滚轮固定片30、主动滚轮轴31等。整个轴向进给部件用螺钉固定在大旋转盘的梯形槽内同时应保证主动滚轮轮皮上圆弧形槽的圆心在旋转部件的轴线上。

如图3所示，轴向进给部件采用了一组4个同齿数的齿轮传动，由电机带动第一齿轮32，再通过第二齿轮33把动力传递到左侧主动滚轮22，同时由第三齿轮35改变运动方向，再由第四齿轮34将动力传递到右侧主动滚轮23，最终实现一对主动滚轮的同步反转。

如图4所示，本发明的检测部件包括左侧从动滚轮36、编码器传动齿轮37、从动滚轮轴承座38、从动滚轮轮皮39、右侧从动滚轮40、从动滚轮轴41、从动滚轮支架42、压缩弹簧43、从动轮移动支架44、从动轮移动轴45等。整个检测部件通过螺钉固定在大检测盘上，并保证从动滚轮轮皮上的圆弧形槽的圆心在旋转部件的轴线上。

本发明中的血管介入手术机器人推进机构主要是为了把导管推进到病灶区域辅助医生完成介入手术，解决现有手术过程中医生过多遭受辐射等问题。其体积小，结构紧凑；操作和维护方便；通过结构和材料改进，其重量只有2.5千克，机器人末端承载能力小，该特点对于小型机器人更为重要；另外，该推进机构还能实现对不同型号导管的推进，并且其柔性锁紧机构还具有针对不同型号的导管的自适应性功能，其通用性较强；同时，本发明增加了视觉功能、虚拟力反馈功能及复杂手术过程的人机切换功能，很大程度上提高了机构的可靠性及安全性能。

检测部分由光电编码器检测导管轴向进给的实际距离，结合图像导航的数据给医生的最终决策提供支持。手术时，首先由医生将导管前端通过血管鞘送入病体，然后由本发明完成导管在病体内的推进直到到达病灶区域，避免医生过多的吃线。适用于血管介入手术的机器人末端执行器。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1、一种血管介入手术机器人推进机构，用于血管介入手术机器人的末端执行器，其特征在于，包括用于推进导管的轴向进给部件、用于改变导管前进方向的周向旋转部件和用于检测导管前进距离的检测部件；

所述检测部件与所述轴向进给部件通过连杆连接成整体，并保持平行，二者同步进给、同步旋转；

所述轴向进给部件包括一对同步且反向转动的主动滚轮，形成对导管的第一夹持臂；

所述检测部件包括一对从动滚轮，形成对导管的第二夹持臂；

所述周向旋转部件包括与所述轴向进给部件和所述检测部件固定在一起的内啮合齿轮、由旋转电机驱动的旋转齿轮，所述内啮合齿轮与所述旋转齿轮啮合。

2、根据权利要求1所述的血管介入手术机器人推进机构，其特征在于，所述轴向进给部件由直流电机驱动，通过齿轮将动力传递到所述主动滚轮上，最终通过摩擦传动的方式将所述主动滚轮的转动转化为导管的直线进给运动。

3、根据权利要求2所述的血管介入手术机器人推进机构，其特征在于，所述的轴向进给部件包括4个同齿数的传动齿轮，由电机带动第一齿轮，并通过第二齿轮把动力传递到左侧主动滚轮；

同时，由第三齿轮改变运动方向，并由第四齿轮将动力传递到右侧主动滚轮，最终实现一对主动滚轮的同步反转。

4、根据权利要求3所述的血管介入手术机器人推进机构，其特征在于，所述的轴向进给部件包括定位齿轮和柔性锁紧机构，由所述主动滚轮、定位齿轮和柔性锁紧机构共同作用完成对导管的夹持及锁定，同时柔性锁紧机构还具备针对不同型号导管的自适应功能。

5、根据权利要求2所述的血管介入手术机器人推进机构，其特征在于，所述导管的直线运动通过摩擦的方式转变成所述从动滚轮的转动，并通过光电编码器记录从动滚轮的角度变化量，通过数学转换，变换成导管的实际前进的距离值，从而实现对导管实际前进距离的实时检测。

6、根据权利要求1所述的血管介入手术机器人推进机构，其特征在于，所述轴向进给部件和检测部件固连在大旋转盘上，所述内啮合齿轮与所述大旋转盘固定。

7、根据权利要求1所述的血管介入手术机器人推进机构，其特征在于，包括用于与上部机械臂连接的简易接口，同时其底部装有整个机器人空间的标记点。

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