CN217611303U - 连杆式穿刺机器人 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种连杆式穿刺机器人,包括两组驱动组件;每组驱动组件包括第一直线运动机构、第二直线运动机构、第一驱动连杆、第二驱动连杆和连接关节;第一驱动连杆的第一端与第一直线运动机构竖直轴铰接,第二端与连接关节的第一端通过Y方向水平轴铰接;第二驱动连杆的第一端和第二端分别与第二直线运动机构和第一驱动连杆通过竖直轴铰接;第一固定部通过X方向水平轴铰接在其中一个连接关节上,第二固定部通过X方向水平轴铰接在另一个连接关节上;=由升降电机与气动夹爪组成的送针机构。本申请通过驱动两层驱动组件的第一直线运动机构与第二直线运动机构,来引导穿刺针的入针位置和姿态,通过送针机构实现穿刺针在其轴向的运动。
Description
技术领域
本申请涉及医疗设备技术领域,具体而言,涉及一种穿刺机器人。
背景技术
在现代临床实践中应用的许多常规治疗涉及用于活组织检查、药物输送和其他诊断和治疗程序的医疗工具(例如针和导管)的经皮***。***程序的目标是将合适的医疗工具的尖端安全精确地放置在靶区域,靶区域可能是病灶、肿瘤、器官或血管。需要这样的医疗工具的***的治疗的实例包括疫苗接种、血液/液体取样、局部麻醉、组织活检、导管***、低温消融、电解消融、近距离放射治疗、神经外科手术、深部脑刺激和各种微创手术。
近些年,小型化的穿刺机器人已经被引入。这些装置的一部分是帮助选择***点并帮助将针和***点以及靶对准的引导装置,然后自动或者医师遥控完成穿刺。这些装置可以安装在患者的身体上自动补偿呼吸,因此要求装置的体积要足够小,重量足够轻巧,并且针的穿刺方向由装置的引导方向确定。因为该装置可以由医生完成遥控穿刺,同时也避免了医生遭受辐射。
实用新型内容
本申请的主要目的在于提供一种连杆式穿刺机器人,以解决相关技术中的穿刺机器人体积较大,工作空间较小,能够穿刺的姿态类型较少,以及可调整的姿态角度较小的问题。
为了实现上述目的,本申请提供了一种连杆式穿刺机器人,该连杆式穿刺机器人包括:驱动组件、送针机构、第一固定部和第二固定部;其中,
所述驱动组件至少设置为两组;
每组所述驱动组件均包括第一直线运动机构、第二直线运动机构、第一驱动连杆、第二驱动连杆和连接关节;
所述第一直线运动机构和所述第二直线运动机构沿横向布置;所述第一驱动连杆的第一端与所述第一直线运动机构的输出端通过竖直轴铰接,第二端与所述连接关节的第一端通过Y方向水平轴铰接;
所述第二驱动连杆的第一端与所述第二直线运动机构的输出端通过竖直轴铰接,第二端与所述第一驱动连杆通过竖直轴铰接;
所述第一固定部通过X方向水平轴铰接在其中一个所述驱动组件的连接关节上,所述第二固定部通过X方向水平轴铰接在另一个所述驱动组件的连接关节上,所述第一固定部和所述第二固定部滑动连接;所述第二固定部用于安装穿刺针;
所述送针机构用于驱动穿刺针沿其轴向进针或退针。
进一步的,第一驱动连杆包括水平部和竖直部,所述水平部设置为拐臂结构;
所述水平部的第一端与所述第一直线运动机构的输出端通过竖直轴铰接,第二端与所述竖直部连接;
所述第二驱动连杆的第二端与所述水平部的弯曲处通过竖直轴铰接;
所述水平部与所述连接关节的第一端通过Y方向水平轴铰接。
进一步的,第一固定部和第二固定部分别设置为第一安装套和第二安装套;
所述第一安装套与其中一个驱动组件上的所述连接关节的第二端通过X方向水平轴铰接;
所述第二安装套与另一个驱动组件上的所述连接关节的第二端通过X方向水平轴铰接;
所述第一安装套和所述第二安装套之间滑动连接有直线导轨;
所述第二安装套上开设有用于固定穿刺针的安装孔。
进一步的,连接关节包括连接耳座和连接板;
所述连接耳座的底部与所述水平部通过Y方向水平轴铰接,以使所述连接耳座可沿Y轴旋转;
所述连接板的第一端通过X方向水平轴铰接在所述连接耳座内,第二端与对应的所述第一安装套和所述第二安装套连接,以使所述第一安装套和所述第二安装套均可绕X轴旋转。
进一步的,驱动组件设置为两组并上下分布,每组所述驱动组件的第一直线运动机构上下对应,每组所述驱动组件的第二直线运动机构上下对应。
进一步的,每组所述驱动组件的第一直线运动机构的输出端的轴线和第二直线运动机构的输出端的轴线位于同一水平面。
进一步的,每组所述驱动组件还包括第一连接块和第二连接块;
所述第一连接块的第一端固定套接在所述第一直线运动机构的输出端,第二端与所述第一驱动连杆的第一端铰接;
所述第二连接块的第一端固定套接在所述第二直线运动机构的输出端,第二端与所述第二驱动连杆的第一端铰接。
进一步的,还包括安装架,所述第一直线运动机构和所述第二直线运动机构的固定部均固定在所述安装架上。
进一步的,安装架包括安装基础和位于安装基础上的两个呈上下分布的固定套,每个固定套对应一组驱动组件,两个固定套通过连接柱滑动连接;
两个固定套的结构相同,均包括底板和顶板,顶板固定在底板的上端,二者之间具有用于固定第一直线运动机构和第二直线运动机构的安装空间,使得其中一组驱动组件的第一直线运动机构和第二直线运动机构固定在下部的底板和顶板之间;另一组驱动组件的第一直线运动机构和第二直线运动机构固定在上部的底板和顶板之间;
连接柱的下端可固定在安装基础上,其上端依次穿过下部的底板、下部的顶板、上部的底板和上部的顶板,并使上部的底板和顶板可在连接柱上上下滑动。
进一步的,第一直线运动机构和所述第二直线运动机构均设置为直线电机。
进一步的,送针机构包括设于所述底板上的升降电机、设于所述第一安装套和所述第二安装套上的气动夹爪;
所述升降电机的输出端与上部的所述固定套固定连接;
两个所述气动夹爪可单独控制的夹持在穿刺针上。
在本申请实施例中,通过设置驱动组件,至少设置为两组;每组驱动组件均包括第一直线运动机构、第二直线运动机构、第一驱动连杆、第二驱动连杆和连接关节;第一直线运动机构和第二直线运动机构沿横向布置;第一驱动连杆的第一端与第一直线运动机构的输出端通过竖直轴铰接,第二端与连接关节的第一端通过Y方向水平轴铰接;第二驱动连杆的第一端与第二直线运动机构的输出端通过竖直轴铰接,第二端与第一驱动连杆通过竖直轴铰接;还包括第一固定部和第二固定部,第一固定部通过X方向水平轴铰接在其中一个驱动组件的连接关节上,第二固定部通过X方向水平轴铰接在另一个驱动组件的连接关节上,第一固定部和第二固定部滑动连接;第二固定部用于安装穿刺针,送针机构用于驱动穿刺针沿其轴向进针或退针,达到了由两组驱动组件中的第一直线运动机构和第二直线运动机构协同动作即可带动第一驱动连杆和第二驱动连杆在不同的方向上移动,使得位于第一固定部上的穿刺针可进行平移、绕X轴偏转、绕Y轴偏转和绕Z轴偏转的四自由度姿态调整,并由送针机构实现穿刺针进针和退针的目的,从而实现了优化机器人的结构设计,使其整体具有更小的体积及重量,以及更高的自由度和更多的工作空间的技术效果,进而解决了相关技术中的穿刺机器人体积较大,工作空间较小,能够穿刺的姿态类型较少,以及可调整的姿态角度较小的问题。
本申请所涉及的小型化穿刺机器人,因其体积小巧,可固定于患者腹部、背部、侧背部、前胸部,也可安装于机械臂上,侧立于患者身旁。本申请机器人通过联合驱动两层驱动组件的第一直线运动机构与第二直线运动机构,来引导穿刺针的入针位置和姿态,通过送针机构实现穿刺针在其轴向方向的运动。本申请机器人可在狭小范围内完成自主穿刺或医生遥控穿刺,可固定于人体补偿呼吸运动,也适合与现有的光学仪器导航、CT导航、超声导航等联合使用。
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结构示意图;
图2是根据本申请实施例中穿刺针一种运动姿态的结构示意图;
图3是根据本申请实施例中穿刺针一种运动姿态的结构示意图;
图4是根据本申请实施例中穿刺针一种运动姿态的结构示意图;
图5是根据本申请实施例中穿刺针一种运动姿态的结构示意图;
图6是根据本申请实施例中穿刺针一种运动姿态的结构示意图;
图7是根据本申请实施例中穿刺针一种运动姿态的结构示意图;
图8是根据本申请实施例中穿刺针一种运动姿态的结构示意图;
图9是根据本申请实施例的***结构示意图;
图10是根据本申请实施例中穿刺机器人的另一视角的轴测结构示意图;
图11为本申请实施例中气动夹爪的结构示意图;
图12为本申请实施例中气动夹爪的内部结构示意图;
图13为本申请实施例中气动夹爪的剖视结构示意图;
其中,1驱动组件,101第一直线运动机构,102第二直线运动机构,2第一驱动连杆,21水平部,22竖直部,3第一连接块,4第二驱动连杆,5连接关节,6直线导轨,7穿刺针,8第一固定部,81第一安装套,9第二固定部,91第二安装套,10安装架,1011顶板,1022底板,1033安装基础,1044固定套,11第二连接块,18气动夹爪,181进气管,182夹持活塞,183气动腔,184外部构件,19连接柱,20升降电机。
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“第一”、“第二”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。
为提高医生在患者身上进行针穿刺操作的精度和效率,相关技术中采用穿刺机器人进行辅助穿刺。由穿刺机器人通过姿态调整确定穿刺针的穿刺位置和穿刺角度,因此针能够穿刺的位置和角度也直接受到穿刺机器人能够引导的姿态和角度的限制。并且在一些情况下穿刺机器人需要固定在患者的身体上,因此要求穿刺机器人的体积和重量要求较高。
为此,本申请提供一种连杆式穿刺机器人,以实现在穿刺机器人体积和重量较小的同时使其具有更大的工作空间、更大的调整姿态角和更多的姿态的目的。具体如下所示:
如图1至图9所示,本申请实施例提供了一种连杆式穿刺机器人,该连杆式穿刺机器人包括:驱动组件1、送针机构第一固定部8和第二固定部9;其中,
所述驱动组件1至少设置为两组;
每组驱动组件1均包括第一直线运动机构101、第二直线运动机构102、第一驱动连杆2、第二驱动连杆4和连接关节5;
第一直线运动机构101和第二直线运动机构102沿横向布置;第一驱动连杆2的第一端与第一直线运动机构101的输出端通过竖直轴铰接,第二端与连接关节5的第一端通过Y方向水平轴铰接;
第二驱动连杆4的第一端与第二直线运动机构102的输出端通过竖直轴铰接,第二端与第一驱动连杆2通过竖直轴铰接;
第一固定部8通过X方向水平轴铰接在其中一个驱动组件1的连接关节5上,第二固定部9通过X方向水平轴铰接在另一个驱动组件1的连接关节5上,第一固定部8和第二固定部9滑动连接;第二固定部9用于安装穿刺针7;
所述送针机构用于驱动穿刺针沿其轴向进针或退针。
本实施例中,驱动组件1作为该并联式穿刺机器人的驱动部分,由于驱动组件1的动作用于带动穿刺针7的移动,因此驱动组件1的动力输出端可与穿刺针7进行连接。驱动组件1在本实施例中设置为两组并上下分布,两组驱动组件1的结构整体上大致相同。
每一组驱动组件1均由第一直线运动机构101、第二直线运动机构102、第一驱动连杆2、第二驱动连杆4和连接关节5五部分组成。其中,第一直线运动机构101和第二直线运动机构102的结构相同,二者可并排布置在同一水平面。第一直线运动机构101和第二直线运动机构102均由固定端和输出端两部分组成,其中输出端可在固定端上直线移动,其可采用直线电机、气缸、液压缸或丝杠传动结构等等。
第一直线运动机构101和第二直线运动机构102的输出端均可单独的延伸或收缩。第一驱动连杆2和第二驱动连杆4分别铰接在第一直线运动机构101和第二直线运动机构102的输出端,而第二驱动连杆4的第二端则与第一驱动连杆2铰接,使得第一驱动连杆2和第二驱动连杆4组成一个可施加平移动作和绕Z轴旋转的旋转运动的连杆结构。连接关节5通过Y方向水平轴铰接在第一驱动连杆2的端部,第一固定部8和第二固定部9则通过X方向水平轴铰接在对应连接关节5上,使得第一固定部8和第二固定部9均可在连接关节5上绕X轴旋转,同时第一固定部8和第二固定部9也可通过连接关节5在第一驱动连杆2的端部绕Y轴旋转。
由于本实施例中驱动组件1设置为上下排布的两组,因此当需要控制穿刺针7绕Y轴偏转和绕X轴偏转时需要上下两组的驱动组件1同时向穿刺针7施加作用力。因此本实施例中通过第一固定部8和第二固定部9滑动连接来使得上下两组驱动组件1的运动合力和输出至穿刺针7上,从而可实现穿刺针7在绕Y轴偏转和绕X轴偏转上的姿态调整。
以下对多种姿态调整分别进行说明:
1、穿刺针7保持竖直时在水平方向上直线移动
如图1和图2所示,上下排布的两个第一直线运动机构101的输出端的轴线位于同一竖直平面内,两个第二直线运动机构102的输出端的轴线位于同一竖直平面。此时通过控制两个第一直线运动机构101和两个第二直线运动机构102同步动作即可控制安装在第一固定部8上的穿刺针7在水平方向上直线移动。例如控制两个第一直线运动机构101和两个第二直线运动机构102同时伸出即可带动穿刺针7保持垂直状态并向外平移,控制两个第一直线运动机构101和两个第二直线运动机构102同时缩回即可带动穿刺针7保持垂直状态并向内平移。
2、穿刺针7保持竖直时绕Z轴旋转
如图3和图4所示,位于上部的第一直线运动机构101带动第一驱动连杆2伸出,第二直线运动机构102带动第二驱动连杆4缩回,由于第二驱动连杆4的端部还铰接在第一驱动连杆2上,因此二者组成的连杆结构经过上述动作后可使得第一驱动连杆2的第二端可绕Z轴顺时针旋转一定的角度。同理位于下部的第一直线运动机构101和第二直线运动机构102也同步动作,带动位于下部的第一驱动连杆2的第二端绕Z轴顺时针旋转同样的角度。可以理解的是,在控制第一直线运动机构101和第二直线运动机构102分别进行缩回和伸出即可使第一驱动连杆2的第二端绕Z轴逆时针旋转一定角度。
本实施例中通过控制第一驱动连杆2第二端的旋转动作即可使得连接关节5、第一固定部8、第二固定部9和穿刺针7均同步绕Z轴旋转,从而实现穿刺针7绕Z轴偏转的姿态调整。并且在此过程中,第一直线运动机构101和第二直线运动机构102同步伸出或缩回时可在保持穿刺针7绕Z轴偏转的同时进行平移。
3、穿刺针7绕Y轴偏转
如图7和图8所示,在该姿态调整中需要利用上部驱动组件1在绕Z轴旋转的运动输出不同于下部驱动组件1绕Z轴旋转的运动输出实现。具体的,当上部驱动组件1中的第一驱动连杆2绕Z轴顺时针旋转时,下部驱动组件1中的第一驱动连杆2可保持不动或以绕Z轴逆时针旋转,使得上部第一驱动连杆2和下部第一驱动连接具有运动差。由于上部第一驱动连杆2的端部通过Y方向水平轴铰接有连接关节5,下部第一驱动连杆2的端部也通过Y方向水平轴铰接有连接关节5,且两个连接关节5由第一固定部8和第二固定部9连接。因此当上部第一驱动连杆2和下部第一驱动连接具有运动差时,在第一固定部8和第二固定部9的作用下会使得两个连接关节5绕各自的Y方向水平轴旋转,从而使得第一固定部8和第二固定部9也同步绕Y绕偏转,继而使得位于第一固定部8上的穿刺针7实现绕Y轴偏转的姿态调整。
4、穿刺针7绕X轴偏转
如图5和图6所示,在该姿态调整中需要利用上部驱动组件1在平移时的运动输出不同于下部驱动组件1在平移时的运动输出来实现。具体的,通过控制上部驱动组件1中的第一直线运动机构101和第二直线运动机构102同步缩回,同时控制下部驱动组件1中的第一直线运动机构101和第二直线运动机构102保持不动或同步伸出即可使得位于上部的连接关节5在水平方向上的位置小于位于下部的连接关节5。由于第一固定部8和第二固定部9又分别通过X方向水平轴铰接在对应的连接关节5上,因此可实现第一固定部8和第二固定部9绕X轴旋转,从而实现位于第一固定部8上的穿刺针7绕X轴逆时针偏转。
同理通过控制上部驱动组件1中的第一直线运动机构101和第二直线运动机构102同步伸出,同时控制下部驱动组件1中的第一直线运动机构101和第二直线运动机构102保持不动或同步缩回时即可实现穿刺针7绕X轴顺时针偏转。
由送针机构带动穿刺针沿自身轴向进行进针和退针,送针机构可为能够推动穿刺针往复直线运动的机构。
采用本实施例中的穿刺机器人可使得穿刺针7具有五个自由度的姿态调整,相对于相关技术中需要采用正交的移动平台来实现穿刺针7的水平方向的平移,还需要采用活塞机构类的直线结构来实现穿刺针7绕Y轴的偏转的技术方案而言,本实施例通过第一驱动连杆2和第二驱动连杆4组成的连杆结构、并联的两组第一直线运动机构101和第二直线运动机构102、两个连接关节5、第一固定部8和第二固定部9即可实现穿刺针7在多个方向上的姿态调整。相对于安装有移动平台的机器人而言,该穿刺机器人在体积上会更小,同时由于上下两部分的运动机构均可主动动作,因此可增加工作空间,横切面穿刺针7可调整位姿大,可调整的姿态类型更多,姿态角度更大的优点,并且由于体积小带来重量小的优势,使其可安全的安装在患者的体表,可随患者运动而运动,在保证了安全的同时对因患者呼吸运动而造成的穿刺误差具有一定补偿作用。
由于穿刺针7的绕Z轴的偏转姿态调整需要由第一驱动连杆2在第二驱动连杆4的作用下进行输出,因此为便于第一驱动连杆2的第二端实现较大范围内的旋转,本实施例中第一驱动连杆2包括水平部21和竖直部22,水平部21设置为拐臂结构;水平部21的第一端与第一直线运动机构101的输出端通过竖直轴铰接,第二端与竖直部22连接;第二驱动连杆4的第二端与水平部21的弯曲处通过竖直轴铰接;水平部21与连接关节5的第一端通过X方向水平轴铰接。
如图1所示,第一固定部8和第二固定部9分别为第一安装套81和第二安装套91;
第一安装套81与其中一个驱动组件1上的连接关节5的第二端通过X方向水平轴铰接;
第二安装套91与另一个驱动组件1上的连接关节5的第二端通过X方向水平轴铰接;
第一安装套81和第二安装套91之间滑动连接有直线导轨6;
第二安装套91上开设有用于固定穿刺针7的安装孔。
具体的,需要说明的是,为实现第一固定部8和第二固定部9之间的滑动连接关系,本实施例中将第一固定部8和第二固定部9分别设置为第一安装套81和第二安装套91。第二安装套91上固定有直线导轨6,直线导轨6的上端穿过第一安装套81并滑动连接,从而满足对两组驱动组件1的运动进行合力后输出至穿刺针7上的要求。为便于安装穿刺针7,本实施例中第二安装套91上还开设有一个安装孔,穿刺针7可穿过该安装孔后固定在安装孔内。
如图9所示,连接关节5包括连接耳座和连接板;
连接耳座的底部与水平部21通过Y方向水平轴铰接,以使连接耳座可沿Y轴旋转;
连接板的第一端通过X方向水平轴铰接在连接耳座内,第二端与对应的第一安装套81和第二安装套91连接,以使第一安装套81和第二安装套91均可绕X轴旋转。
具体的,需要说明的是,连接耳座和第一驱动连杆2的水平部21之间通过Y方向水平轴铰接,Y方向水平轴的两端与对应的连接耳座和水平部21之间通过连接轴承进行连接,使得连接耳座可实现绕Y轴的旋转。连接板的第一端延伸入连接耳座的两个侧板之间,并与两个侧板通过X方向水平轴铰接,X方向水平轴与对应的侧板之间通过连接轴承进行连接,使得连接板可绕X轴旋转。
连接板的第二端则与对应的第一安装套81和第二安装套91进行连接,实现第一安装套81和第二安装套91绕X轴的旋转。第一安装套81和第二安装套91则通过直线导轨6进行串联。
进一步的,每组驱动组件1的第一直线运动机构101的输出端的轴线和第二直线运动机构102的输出端的轴线位于同一水平面,从而便于对第一直线运动机构101和第二直线运动机构102的运动解算。
如图1所示,为便于第一直线运动机构101和第一驱动连杆2的连接,以及第二直线运动机构102与第二驱动连杆4的连接,本实施例中每组驱动组件1还包括第一连接块3和第二连接块;
第一连接块3的第一端固定套接在第一直线运动机构101的输出端,第二端与第一驱动连杆2的第一端铰接;
第二连接块的第一端固定套接在第二直线运动机构102的输出端,第二端与第二驱动连杆4的第一端铰接。
具体的,需要说明的是,第一连接块3和第二连接块的结构相同,二者只是安装位置不同。第一连接块3整体呈L型,其竖直部22固定套设在对应的第一直线运动机构101的输出端上,水平部21则与第一驱动连杆2通过竖直轴铰接。竖直轴的上下两端通过连接轴承与第一连接块3和第一驱动连杆2铰接。第二连接块同理设置,此处不再赘述。
为便于第一直线运动机构101和第二直线运动机构102的安装,本实施例中的穿刺机器人还包括安装架10,第一直线运动机构101和第二直线运动机构102的固定部均固定在安装架10上。
如图10所示,为提高整个装置的结构紧凑性,本实施例安装架10包括安装基础和位于安装基础上的两个呈上下分布的固定套1044,每个固定套1044对应一组驱动组件1,两个固定套1044通过连接柱19滑动连接。
两个固定套1044的结构相同,均包括底板1022和顶板1011,顶板1011固定在底板1022的上端,二者之间具有用于固定第一直线运动机构101和第二直线运动机构102的安装空间,使得其中一组驱动组件1的第一直线运动机构101和第二直线运动机构102固定在下部的底板1022和顶板1011之间;另一组驱动组件1的第一直线运动机构101和第二直线运动机构102固定在上部的底板1022和顶板1011之间。
连接柱19的下端可固定在安装基础上,其上端依次穿过下部的底板1022、下部的顶板1011、上部的底板1022和上部的顶板1011,并使上部的底板1022和顶板1011可在连接柱19上上下滑动。
进一步的,第一直线运动机构101和第二直线运动机构102均设置为直线电机。
如图10至图13所示,本实施例针对送针机构进行详细说明:
本申请中穿刺针7的进针和退针通过控制位于固定套1044以及位于固定套1044内的第一直线运动机构101和第二直线运动机构102同步升降,并配合对穿刺针7上下两部间隙性夹持和松开的方式来实现,具体如下所示:
送针机构包括设于安装基础上的升降电机20、设于第一安装套81和第二安装套91上的气动夹爪18;
升降电机20的输出端与位于上部的固定套1044的底板1022和/或顶板1011固定连接,通过连接柱19起到对该固定套1044升降运动的导向。
两个气动夹爪18可单独控制的夹持在穿刺针7上。
本实施例中,气动夹爪18设置为两个并分别安装在第一安装套81和第二安装套91上,两个气动夹爪18可单独的对穿刺针7进行夹持和松开操作。当需要穿刺针7进针时,第二安装套91上的气动夹爪18取消对穿刺针7的夹持,第一安装套81上的气动夹爪18保持对穿刺针7的夹持,同时升降电机20带动上部的固定套1044下降,从而带动位于该固定套1044上的第一直线运动机构101和第二直线运动机构102同步下降,以及第一安装套81同步下降。由于此时位于第一安装套81上的气动夹爪18夹持固定穿刺针7,因此穿刺针7将随着升降电机20而下降。
由于穿刺针7的单次进针行程由升降电机20的最大下降行程来确定,对于小型的穿刺机器人而已,其整体体积较小,导致穿刺针7的单次进针较小。为此本实施例中通过控制两个气动夹爪18来分别对穿刺针7进行夹持和松开。
具体的,当穿刺针7完成一次下降进针后,位于第二安装套91上的气动夹爪18夹持固定穿刺针7,位于第一安装套81上的气动夹爪18松开穿刺针7,升降电机20带动上部的固定套1044以及第一安装套81和对应的气动夹爪18上升至最大上升行程。然后位于第一安装套81上的气动夹爪18夹持固定穿刺针7,位于第二安装套91上的气动夹爪18松开穿刺针7,再次重复上述的进针动作。通过该方式可实现多次进针,从而使穿刺针7达到穿刺针7位置完成穿刺。
对于穿刺针7的退针同理操作,对此本申请不再赘述。
对于气动夹爪18的结构本实施例进行详细说明:
气动夹爪18包括外部构件184,外部构件184内具有两个相对设置的气动腔183,两个气动腔183连通,穿刺针7可穿过两个气动腔183的连通处,每个气动腔183内均设置有一个夹持活塞182,在安装夹持活塞182后,气动腔183呈封闭状态,并在气动腔183的一端连接进气管181。通过进气管181向气动腔183内通入气体从而推动夹持活塞182相对移动,继而对穿刺针7进行夹持。为便于夹持活塞182和穿刺针7的贴合,在夹持活塞182的相对侧设置有半圆形凹槽,当两个夹持活塞182贴紧时,两个半圆形凹槽匹配形成一个与穿刺针7轮廓贴合的圆形。
对于本申请中的送针机构而言,当穿刺针7处于垂直于水平面的状态时,连接关节5、第一安装套81和第二安装套91均处于不动的状态,只需要由升降电机20和气动夹爪18配合即可实现进针和退针。但是对于穿刺针7呈倾斜状态时,需要考虑升降电机20的移动方向与穿刺针7的轴向并不相同而带来的问题。对此,本申请中巧妙的利用了连接关节5的铰接结构以及第一安装套81和第二安装套91的铰接结构,使得穿刺针7即使处于倾斜的状态,其在升降电机20升降时依然能够通过连接关节5的旋转动作以及第一安装套81和第二安装套91的旋转动作来保持直线的形态并实现进针和退针。
本申请中的穿刺机器人的机构优势:
连杆式的上下两层的并联结构,整体尺寸紧凑,全部收缩回来长105mm,宽63mm,高38mm,并且重量轻,总质量只有500g左右,为当前市面及文献中所见尺寸体积最小的,因为将四个直线电机紧密固定在一起,所以更加节省空间。并且在较小的体积尺寸下,可以实现不同的位置、位姿的调整。该小型化穿刺机器人紧凑、体积小、重量轻、成本低,可在狭小范 围内完成自主穿刺或医生遥控穿刺,避免医生遭受辐射,可固定于人体胸部、腹部、侧背部、背部等地方并且补偿呼吸运动,也适合与现有的光学仪器导航、CT导航、超声导航等联合使用。
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 (10)
1.一种连杆式穿刺机器人,其特征在于,包括:驱动组件、送针机构、第一固定部和第二固定部;其中,
所述驱动组件至少设置为两组;
每组所述驱动组件均包括第一直线运动机构、第二直线运动机构、第一驱动连杆、第二驱动连杆和连接关节;
所述第一直线运动机构和所述第二直线运动机构沿横向布置;所述第一驱动连杆的第一端与所述第一直线运动机构的输出端通过竖直轴铰接,第二端与所述连接关节的第一端通过Y方向水平轴铰接;
所述第二驱动连杆的第一端与所述第二直线运动机构的输出端通过竖直轴铰接,第二端与所述第一驱动连杆通过竖直轴铰接;
所述第一固定部通过X方向水平轴铰接在其中一个所述驱动组件的连接关节上,所述第二固定部通过X方向水平轴铰接在另一个所述驱动组件的连接关节上,所述第一固定部和所述第二固定部滑动连接;所述第二固定部用于安装穿刺针;
所述送针机构用于驱动穿刺针沿其轴向进针或退针。
2.根据权利要求1所述的连杆式穿刺机器人,其特征在于,所述第一驱动连杆包括水平部和竖直部,所述水平部设置为拐臂结构;
所述水平部的第一端与所述第一直线运动机构的输出端通过竖直轴铰接,第二端与所述竖直部连接;
所述第二驱动连杆的第二端与所述水平部的弯曲处通过竖直轴铰接;
所述水平部与所述连接关节的第一端通过Y方向水平轴铰接。
3.根据权利要求2所述的连杆式穿刺机器人,其特征在于,所述第一固定部和第二固定部分别设置为第一安装套和第二安装套;
所述第一安装套与其中一个驱动组件上的所述连接关节的第二端通过X方向水平轴铰接;
所述第二安装套与另一个驱动组件上的所述连接关节的第二端通过X方向水平轴铰接;
所述第一安装套和所述第二安装套之间滑动连接有直线导轨;
所述第二安装套上开设有用于固定穿刺针的安装孔。
4.根据权利要求3所述的连杆式穿刺机器人,其特征在于,所述连接关节包括连接耳座和连接板;
所述连接耳座的底部与所述水平部通过Y方向水平轴铰接,以使所述连接耳座可沿Y轴旋转;
所述连接板的第一端通过X方向水平轴铰接在所述连接耳座内,第二端与对应的所述第一安装套和所述第二安装套连接,以使所述第一安装套和所述第二安装套均可绕X轴旋转。
5.根据权利要求4所述的连杆式穿刺机器人,其特征在于,所述驱动组件设置为两组并上下分布,每组所述驱动组件的第一直线运动机构上下对应,每组所述驱动组件的第二直线运动机构上下对应。
6.根据权利要求5所述的连杆式穿刺机器人,其特征在于,每组所述驱动组件的第一直线运动机构的输出端的轴线和第二直线运动机构的输出端的轴线位于同一水平面。
7.根据权利要求6所述的连杆式穿刺机器人,其特征在于,每组所述驱动组件还包括第一连接块和第二连接块;
所述第一连接块的第一端固定套接在所述第一直线运动机构的输出端,第二端与所述第一驱动连杆的第一端铰接;
所述第二连接块的第一端固定套接在所述第二直线运动机构的输出端,第二端与所述第二驱动连杆的第一端铰接。
8.根据权利要求6或7所述的连杆式穿刺机器人,其特征在于,还包括安装架,所述第一直线运动机构和所述第二直线运动机构的固定部均固定在所述安装架上。
9.根据权利要求8所述的连杆式穿刺机器人,其特征在于,所述安装架包括安装基础和位于安装基础上的两个呈上下分布的固定套,每个固定套对应一组驱动组件,两个固定套通过连接柱滑动连接;
两个固定套的结构相同,均包括底板和顶板,顶板固定在底板的上端,二者之间具有用于固定第一直线运动机构和第二直线运动机构的安装空间,使得其中一组驱动组件的第一直线运动机构和第二直线运动机构固定在下部的底板和顶板之间;另一组驱动组件的第一直线运动机构和第二直线运动机构固定在上部的底板和顶板之间;
连接柱的下端可固定在安装基础上,其上端依次穿过下部的底板、下部的顶板、上部的底板和上部的顶板,并使上部的底板和顶板可在连接柱上上下滑动。
10.根据权利要求9所述的连杆式穿刺机器人,其特征在于,所述送针机构包括设于所述安装基础上的升降电机、设于所述第一安装套和所述第二安装套上的气动夹爪;
所述升降电机的输出端与上部的所述固定套固定连接;通过所述升降电机驱动位于上部的气动夹爪升降;
两个所述气动夹爪可单独控制的夹持在穿刺针上,通过两个所述气动夹爪交替的对穿刺针进行夹持,并在所述升降电机的驱动下控制穿刺针进针和退针。
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