CN114983471A - 一种超声自动扫查机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于医疗器械领域，具体涉及一种超声自动扫查机器人，包括探头夹持组件、移动驱动组件及旋转驱动组件，所述探头夹持组件用以装夹超声探头，所述移动驱动组件用以驱动探头夹持组件实现XYZ三轴移动，所述旋转驱动组件用以驱动探头夹持组件实现XYZ三轴旋转。本发明采用移动驱动组件实现了超声探头的三轴移动功能，本发明采用旋转驱动组件实现了超声探头的三轴旋转功能，使得本发明能够实现人体全身多部位360°全景无死角超声扫查，解决了现有技术无法进行全身扫查以及无法自下而上扫查的问题。

Description

一种超声自动扫查机器人

技术领域

本发明属于医疗器械领域，具体涉及一种超声自动扫查机器人。

背景技术

常规医疗机构的超声检查是由超声医师根据主观经验进行的人工扫查，难以获得标准化扫查图像。同时，超声作为常规检查需求量大，而超声医师的培养周期较长，用自动扫查机器人代替超声医生完成前端扫查过程，超声医师只需要针对扫查数据进行分析诊断，从而使扫诊分离，大大节约检查时间，同时获得用于诊断的标准化扫查数据。

公开号为CN111700641A的中国专利公开了一种乳腺超声检查机器人，其组成包括；超声探头位置调整模块和姿态调整模块。超声探头位置调整模块包括圆弧形滑轨、滑块、进给丝杠、进给滑台、升降丝杠、升降滑台、丝杠电机、升降杆；超声探头姿态调整模块包括球关节套筒、球关节、内摆环、外摆环、驱动电机、摆杆、末端夹板。该机器人可以实现乳腺超声扫描的自动化，并且可以使得超声探头在工作范围内任意位置保持悬停不需医生全程手持，提高扫描效率、降低医生劳动强度。

然而该机器人依然存在以下问题：

1）不具备Y轴移动功能，无法实现实现全身扫查；

2）转动范围小，无法自下而上进行扫查；

3）其采用普通弹簧为探头与人体接触时提供缓冲，但是普通弹簧的力是线性增加的，不能保证恒力，无法使探头与人体之间保持良好的接触和检查精度。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种超声自动扫查机器人的技术方案。

一种超声自动扫查机器人，包括：

探头夹持组件，所述探头夹持组件用以装夹超声探头；

移动驱动组件，所述移动驱动组件用以驱动探头夹持组件实现XYZ三轴移动；以及

旋转驱动组件，所述旋转驱动组件用以驱动探头夹持组件实现XYZ三轴旋转。

进一步地，所述移动驱动组件包括X轴移动驱动机构、Y轴移动驱动机构和Z轴移动驱动机构；

所述X轴移动驱动机构用以驱动探头夹持组件沿X轴方向移动；

所述Y轴移动驱动机构用以驱动探头夹持组件沿Y轴方向移动；

所述Z轴移动驱动机构用以驱动探头夹持组件沿Z轴方向移动。

进一步地，所述旋转驱动组件包括X轴旋转驱动机构、Y轴移动驱动机构和Z轴移动驱动机构；

所述X轴旋转驱动机构用以驱动探头夹持组件以X轴为轴线进行旋转；

所述Y轴旋转驱动机构用以驱动探头夹持组件以Y轴为轴线进行旋转；

所述Z轴旋转驱动机构用以驱动探头夹持组件以Z轴为轴线进行旋转。

进一步地，所述Y轴移动驱动机构上设置X轴旋转驱动机构，所述Y轴移动驱动机构用以带动X轴旋转驱动机构沿Y轴方向移动，所述X轴旋转驱动机构上设置X轴移动驱动机构，所述X轴旋转驱动机构用以带动X轴移动驱动机构以X轴为轴线进行旋转，所述X轴移动驱动机构上设置Z轴移动驱动机构，所述X轴移动驱动机构用以带动Z轴移动驱动机构沿X轴方向移动，所述Z轴移动驱动机构上设置Y轴旋转驱动机构，所述Z轴移动驱动机构用以带动Y轴旋转驱动机构沿Z轴方向移动，所述Y轴旋转驱动机构上设置Z轴旋转驱动机构，所述Y轴旋转驱动机构用以带动Z轴旋转驱动机构以Y轴为轴线进行旋转，所述Z轴旋转驱动机构上设置探头夹持组件，所述Z轴旋转驱动机构用以带动探头夹持组件以Z轴为轴线进行旋转。

进一步地，所述探头夹持组件包括探头夹具、固定支架、活动支架、恒力弹簧和变压力弹簧，所述固定支架用以与移动驱动组件或旋转驱动组件连接，所述活动支架上下滑动连接于固定支架上，所述探头夹具与活动支架配合安装，所述恒力弹簧配合安装于固定支架上，其与活动支架相连，所述变压力弹簧配合安装于固定支架与活动支架之间；

在所述活动支架相对固定支架上移的整个行程中，活动支架先后具有恒力阶段和变压力阶段：

当所述活动支架处于恒力阶段时，活动支架使恒力弹簧变形，不使变压力弹簧变形；

当所述活动支架处于变压力阶段时，活动支架同时使恒力弹簧和变压力弹簧变形。

进一步地，当所述活动支架处于恒力阶段时，所述变压力弹簧支撑于活动支架上，其不与固定支架抵触；当所述活动支架处于变压力阶段时，所述变压力弹簧支撑于活动支架上，并与固定支架抵触；

或者，当所述活动支架处于恒力阶段时，所述变压力弹簧挂接于固定支架，其不与活动支架抵触；当所述活动支架处于变压力阶段时，所述变压力弹簧挂接于固定支架，并与活动支架抵触。

进一步地，所述固定支架包括上下设置的上支撑板和下支撑板，所述活动支架包括上滑杆、中间板和下滑杆，所述上滑杆滑动挂接于上支撑板，所述中间板设置于上滑杆下端，其位于上支撑板与下支撑板之间，所述下滑杆设置于中间板下端，其与下支撑板滑动配合，所述探头夹具连接于下滑杆下端。

进一步地，所述上滑杆上设置弹簧座，所述变压力弹簧套接于上滑杆，并位于弹簧座与上支撑板之间。

进一步地，所述固定支架还包括连接于上支撑板与下支撑板之间的侧板，所述侧板上开设用以与弹簧座滑动连接的滑槽。

进一步地，所述探头夹持组件还包括压力传感器，所述压力传感器用以检测探头夹具或活动支架的压力。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1）本发明采用移动驱动组件实现了超声探头的三轴移动功能，本发明采用旋转驱动组件实现了超声探头的三轴旋转功能，使得本发明能够实现人体全身多部位360°全景无死角超声扫查，解决了现有技术无法进行全身扫查以及无法自下而上扫查的问题；

2）本发明将恒力弹簧、变压力弹簧以及压力传感器相结合，通过恒力弹簧实现超声探头与人体间良好的接触，提升检查精度，通过变压力弹簧提供缓冲，通过压力传感器检测压力数据，及时发现机器的故障，避免意外发生。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1中A处放大图；

图3为图1中B处放大图；

图4为本发明中探头夹持组件结构示意图之一；

图5为本发明中探头夹持组件结构示意图之二。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“一端”、 “另一端”、 “外侧”、 “上”、 “内侧”、 “水平”、 “同轴”、 “中央”、 “端部”、 “长度”、 “外端”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1-5，一种超声自动扫查机器人，包括探头夹持组件1、移动驱动组件及旋转驱动组件，探头夹持组件1用以装夹超声探头，移动驱动组件用以驱动探头夹持组件1实现XYZ三轴移动，旋转驱动组件用以驱动探头夹持组件1实现XYZ三轴旋转。

可以理解，在上述技术方案中，本发明采用移动驱动组件实现了超声探头的三轴移动功能，本发明采用旋转驱动组件实现了超声探头的三轴旋转功能，使得本发明能够实现人体全身多部位360°全景无死角超声扫查，解决了现有技术无法进行全身扫查以及无法自下而上扫查的问题。

其中，移动驱动组件包括X轴移动驱动机构2、Y轴移动驱动机构3和Z轴移动驱动机构4，X轴移动驱动机构2用以驱动探头夹持组件1沿X轴方向移动，Y轴移动驱动机构3用以驱动探头夹持组件1沿Y轴方向移动，Z轴移动驱动机构4用以驱动探头夹持组件1沿Z轴方向移动。旋转驱动组件包括X轴旋转驱动机构5、Y轴移动驱动机构6和Z轴移动驱动机构7，X轴旋转驱动机构5用以驱动探头夹持组件1以X轴为轴线进行旋转，Y轴旋转驱动机构6用以驱动探头夹持组件1以Y轴为轴线进行旋转，Z轴旋转驱动机构7用以驱动探头夹持组件1以Z轴为轴线进行旋转。

其中，移动驱动组件种的X轴移动驱动机构2、Y轴移动驱动机构3和Z轴移动驱动机构4可根据需要进行选择设置，不必要时可不设置，例如不需要Y轴移动功能的话，可不设置U轴移动驱动机构。同样地，旋转驱动组件的X轴旋转驱动机构5、Y轴移动驱动机构6和Z轴移动驱动机构7也可根据需要选择设置，不必要时可不设置，例如不需要X轴旋转功能的话，可不设置X轴旋转驱动机构5。

继续参阅图1-3，本发明还包括支撑柱8、横梁9、横移座10和升降座11，Y轴移动驱动机构3为公知技术，其包括两台沿Y轴方向铺设的直线滑台，每个直线滑台上配合安装一支撑柱8，两个支撑柱8上共同安装一X轴旋转驱动机构5，X轴旋转驱动机构5为公知技术，其包括第一电机500、第一联轴器501、两个轴承座502等结构，两个轴承座502分别安装于两个支撑柱8上，横梁9位于两个支撑柱8的上端之间，其左右两端分别固定一连接轴900，两个连接轴900均与对应的轴承座502转动安装，横梁9通过这种方式转动安装于两根支撑柱8上端，其中一根连接轴900还通过第一联轴器501与第一电机500的输出轴传动配合。横梁9上安装X轴移动驱动机构2，X轴移动驱动机构2为公知技术，具体为一台沿X轴方向铺设的直线滑台，其上配合横移座10，横移座10上安装Z轴移动驱动机构4，Z轴移动驱动机构4为公知技术，具体为沿Z轴方向铺设的直线滑台，X轴移动驱动机构2和Z轴移动驱动机构4两者构成十字滑台机构。Z轴移动驱动机构4上配合升降座11，升降座11上安装Y轴旋转驱动机构6，Y轴旋转驱动机构6为公知技术，其包括第二电机600、齿轮箱601等结构，齿轮箱601安装于升降座11上，第二电机600安装于齿轮箱601上端，第二电机600的输出轴与齿轮箱601的输入端传动配合，齿轮箱601的输出端固定连接转筒602，该输出端输出以Y轴为轴线的转矩，能够带动转筒602转动。转筒602上安装Z轴旋转驱动机构7，Z轴旋转驱动机构7为公知技术，其包括第三电机700、第二联轴器701、传动轴702等结构，第三电机700安装于转筒602上端，第二联轴器701位于转筒602内，其用以连接第三电机700的输出轴和传动轴702，该传动轴702穿过转筒602，用以与探头夹持组件1连接。

在上述结构中，Y轴移动驱动机构3用以带动X轴旋转驱动机构5沿Y轴方向移动，X轴旋转驱动机构5用以带动X轴移动驱动机构2以X轴为轴线进行旋转，X轴移动驱动机构2用以带动Z轴移动驱动机构4沿X轴方向移动，Z轴移动驱动机构4用以带动Y轴旋转驱动机构6沿Z轴方向移动，Y轴旋转驱动机构6用以带动Z轴旋转驱动机构7以Y轴为轴线进行旋转，Z轴旋转驱动机构7用以带动探头夹持组件1以Z轴为轴线进行旋转。

需要说明的是，上述的移动驱动组件和旋转驱动组件并不局限于上述结构；上述的直线滑台可采用电动直线滑台或气动直线滑台或液压直线滑台，此外，也可以用其它能够实现移动的机构替换，例如螺母丝杠副、传动带、齿轮齿条行走机构等；上述的X轴旋转驱动机构5、Y轴移动驱动机构6和Z轴移动驱动机构7除采用电机驱动外，也可采用气动或液压的驱动结构，在传动结构上可以跟需要进行适应性调整；上述的X轴移动驱动机构2、Y轴移动驱动机构3、Z轴移动驱动机构4、X轴旋转驱动机构5、Y轴移动驱动机构6和Z轴移动驱动机构7在安装位置关系上也可以进行适应性调整。

继续参阅图4和图5，探头夹持组件1包括探头夹具100、固定支架101、活动支架102、恒力弹簧103和变压力弹簧104，固定支架101用以与移动驱动组件或旋转驱动组件连接，活动支架102上下滑动连接于固定支架101上，探头夹具100与活动支架102配合安装，恒力弹簧103配合安装于固定支架101上，其与活动支架102通过紧固件相连，固定支架101上具有两根用以安装恒力弹簧103的销轴，变压力弹簧104配合安装于固定支架101与活动支架102之间，变压力弹簧104为普通弹簧，符合胡克定律，压力随压缩量的增大而增大。在活动支架102相对固定支架101上移的整个行程中，活动支架102先后具有恒力阶段和变压力阶段：

当活动支架102处于恒力阶段时，活动支架102使恒力弹簧103变形，活动支架102不使变压力弹簧104变形，此时活动支架102受到恒力的压力；当活动支架102处于变压力阶段时，活动支架102同时使恒力弹簧103和变压力弹簧104变形，此时活动支架102受到变压力。

在一些实施例中，当活动支架102处于恒力阶段时，变压力弹簧104支撑于活动支架102上，其不与固定支架101抵触；当活动支架102处于变压力阶段时，变压力弹簧104支撑于活动支架102上，并与固定支架101抵触。

在一些实施例中，当活动支架102处于恒力阶段时，变压力弹簧104挂接于固定支架101，其不与活动支架102抵触；当活动支架102处于变压力阶段时，变压力弹簧104挂接于固定支架101，并与活动支架102抵触。

在一些实施例中，变压力弹簧104由变拉力拉簧替代，变压力拉簧应当视为变压力弹簧104的等同替换。

进一步地，固定支架101包括上支撑板1010、下支撑板1011及侧板1012，上支撑板1010和下支撑板1011上下相对设置，侧板1012连接于两者之间，上支撑板1010与上述的传动轴固定连接，活动支架102包括上滑杆1020、中间板1021和下滑杆1022，上滑杆1020有两根，均滑动挂接于上支撑板1010，其上端具有直径大于其主体的挡头，能够挂接于上支撑板1010上，中间板1021设置于上滑杆1020下端，其位于上支撑板1010与下支撑板1011之间，下滑杆1022设置于中间板1021下端，其与下支撑板1011滑动插配，探头夹具100连接于下滑杆1022下端。

上滑杆1020上设置弹簧座1023，变压力弹簧104套接于上滑杆1020，并位于弹簧座1023与上支撑板1010之间，侧板1012上开设用以与弹簧座1023滑动连接的滑槽10120。

此外，本发明的探头夹持组件1还包括压力传感器105，压力传感器105安装于活动支架102上，其用以检测活动支架102的压力。在一些实施方式中，压力传感器105也可以安装在探头夹具100上，检测探头夹具100的压力。

使用时，将超声探头装夹于探头夹具100上，通过超声探头对人体部分进行扫查。

以超声探头自上而下接触人体为例，正常使用时活动支架102处于恒力阶段，恒力弹簧103给予活动支架102恒定的压力，这样能够使超声探头与人体之间保持良好的接触，有利于提升检查精度。一旦超声探头发生故障继续向人体移动，并超出了恒力弹簧103的工作范围，此时活动支架102进入变压力阶段，变压力弹簧104发挥作用，随着活动支架102相对固定支架101的上移，变压力弹簧10给活动支架102施加持续变大的压力，当压力传感器105检测到活动支架102的压力到达某一设定值时，压力传感器105给控制***发出停止信号，使本发明停止动作，避免超声探头对人体造成伤害，压力传感器105检测到设定值到控制***使本发明停下需要反应时间，这个时间内变压力弹簧104能够提供缓冲。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种超声自动扫查机器人，其特征在于，包括：

探头夹持组件（1），所述探头夹持组件（1）用以装夹超声探头；

移动驱动组件，所述移动驱动组件用以驱动探头夹持组件（1）实现XYZ三轴移动；以及

旋转驱动组件，所述旋转驱动组件用以驱动探头夹持组件（1）实现XYZ三轴旋转。

2.根据权利要求1所述的一种超声自动扫查机器人，其特征在于，所述移动驱动组件包括X轴移动驱动机构（2）、Y轴移动驱动机构（3）和Z轴移动驱动机构（4）；

所述X轴移动驱动机构（2）用以驱动探头夹持组件（1）沿X轴方向移动；

所述Y轴移动驱动机构（3）用以驱动探头夹持组件（1）沿Y轴方向移动；

所述Z轴移动驱动机构（4）用以驱动探头夹持组件（1）沿Z轴方向移动。

3.根据权利要求2所述的一种超声自动扫查机器人，其特征在于，所述旋转驱动组件包括X轴旋转驱动机构（5）、Y轴移动驱动机构（6）和Z轴移动驱动机构（7）；

所述X轴旋转驱动机构（5）用以驱动探头夹持组件（1）以X轴为轴线进行旋转；

所述Y轴旋转驱动机构（6）用以驱动探头夹持组件（1）以Y轴为轴线进行旋转；

所述Z轴旋转驱动机构（7）用以驱动探头夹持组件（1）以Z轴为轴线进行旋转。

4.根据权利要求3所述的一种超声自动扫查机器人，其特征在于，所述Y轴移动驱动机构（3）上设置X轴旋转驱动机构（5），所述Y轴移动驱动机构（3）用以带动X轴旋转驱动机构（5）沿Y轴方向移动，所述X轴旋转驱动机构（5）上设置X轴移动驱动机构（2），所述X轴旋转驱动机构（5）用以带动X轴移动驱动机构（2）以X轴为轴线进行旋转，所述X轴移动驱动机构（2）上设置Z轴移动驱动机构（4），所述X轴移动驱动机构（2）用以带动Z轴移动驱动机构（4）沿X轴方向移动，所述Z轴移动驱动机构（4）上设置Y轴旋转驱动机构（6），所述Z轴移动驱动机构（4）用以带动Y轴旋转驱动机构（6）沿Z轴方向移动，所述Y轴旋转驱动机构（6）上设置Z轴旋转驱动机构（7），所述Y轴旋转驱动机构（6）用以带动Z轴旋转驱动机构（7）以Y轴为轴线进行旋转，所述Z轴旋转驱动机构（7）上设置探头夹持组件（1），所述Z轴旋转驱动机构（7）用以带动探头夹持组件（1）以Z轴为轴线进行旋转。

5.根据权利要求1-4中任一所述的一种超声自动扫查机器人，其特征在于，所述探头夹持组件（1）包括探头夹具（100）、固定支架（101）、活动支架（102）、恒力弹簧（103）和变压力弹簧（104），所述固定支架（101）用以与移动驱动组件或旋转驱动组件连接，所述活动支架（102）上下滑动连接于固定支架（101）上，所述探头夹具（100）与活动支架（102）配合安装，所述恒力弹簧（103）配合安装于固定支架（101）上，其与活动支架（102）相连，所述变压力弹簧（104）配合安装于固定支架（101）与活动支架（102）之间；

在所述活动支架（102）相对固定支架（101）上移的整个行程中，活动支架（102）先后具有恒力阶段和变压力阶段：

当所述活动支架（102）处于恒力阶段时，活动支架（102）使恒力弹簧（103）变形，不使变压力弹簧（104）变形；

当所述活动支架（102）处于变压力阶段时，活动支架（102）同时使恒力弹簧（103）和变压力弹簧（104）变形。

6.根据权利要求5所述的一种超声自动扫查机器人，其特征在于，当所述活动支架（102）处于恒力阶段时，所述变压力弹簧（104）支撑于活动支架（102）上，其不与固定支架（101）抵触；当所述活动支架（102）处于变压力阶段时，所述变压力弹簧（104）支撑于活动支架（102）上，并与固定支架（101）抵触；

或者，当所述活动支架（102）处于恒力阶段时，所述变压力弹簧（104）挂接于固定支架（101），其不与活动支架（102）抵触；当所述活动支架（102）处于变压力阶段时，所述变压力弹簧（104）挂接于固定支架（101），并与活动支架（102）抵触。

7.根据权利要求5所述的一种超声自动扫查机器人，其特征在于，所述固定支架（101）包括上下设置的上支撑板（1010）和下支撑板（1011），所述活动支架（102）包括上滑杆（1020）、中间板（1021）和下滑杆（1022），所述上滑杆（1020）滑动挂接于上支撑板（1010），所述中间板（1021）设置于上滑杆（1020）下端，其位于上支撑板（1010）与下支撑板（1011）之间，所述下滑杆（1022）设置于中间板（1021）下端，其与下支撑板（1011）滑动配合，所述探头夹具（100）连接于下滑杆（1022）下端。

8.根据权利要求7所述的一种超声自动扫查机器人，其特征在于，所述上滑杆（1020）上设置弹簧座（1023），所述变压力弹簧（104）套接于上滑杆（1020），并位于弹簧座（1023）与上支撑板（1010）之间。

9.根据权利要求8所述的一种超声自动扫查机器人，其特征在于，所述固定支架（101）还包括连接于上支撑板（1010）与下支撑板（1011）之间的侧板（1012），所述侧板（1012）上开设用以与弹簧座（1023）滑动连接的滑槽（10120）。

10.根据权利要求5所述的一种超声自动扫查机器人，其特征在于，所述探头夹持组件（1）还包括压力传感器（105），所述压力传感器（105）用以检测探头夹具（100）或活动支架（102）的压力。

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