穿刺机器人制造技术

本申请公开了一种穿刺机器人。包括：用于显示断层扫描装置的图像信息显示装置、六自由度机械手臂和控制所述六自由度机械手臂运动的力反馈操作台，所述六自由度机械手臂的控制信号接收端与所述力反馈操作台的控制信号输出端连接；所述六自由度机械手臂包括机械手末端装置、可带动所述机械手末端装置做直线运动的第一直线运动机构、第二直线运动机构和第三直线运动机构，以及带动所述机械手末端装置做旋转运动的第一旋转运动机构和第二旋转运动机构；所述力反馈操作台包括力反馈机构和操作机构；本申请解决了肺穿刺手术时辐射剂量较大、肺部小结节穿刺难度高的技术问题，从而提高了手术效率。

【技术实现步骤摘要】
穿刺机器人
本申请涉及医疗器械领域，具体而言，涉及一种穿刺机器人。
技术介绍
肺穿刺是将活检针或消融针等经胸膜腔脏层穿刺入肺，它用于肺周边部病变或弥散性肺病变的诊断和鉴别诊断，是目前最流行的检测消融微创手术。现在的肺穿刺手术主要是在CT设备引导下进行穿刺。目前市场上现有的肺穿刺机器人是先将患者送入CT设备辐照区域进行扫描，根据扫描图像确定病灶位置后再将患者移出辐照区域，最后通过机器人导航和路径规划系统引导医生进行手动穿刺。但这种方式不能真正实时显示人体结构和病变图像，无法克服术中患者移动和器官生理运动产生的误差，对于肺部小结节穿刺难度较高，手术效率较低且手术的准确性和安全性都有待于提高。针对相关技术中肺穿刺手术时辐射剂量较大、肺部小结节穿刺难度高的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
本申请的主要目的在于提供一种穿刺机器人，以解决相关技术中肺穿刺手术时的准确性和安全性较低的问题。为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种穿刺机器人。根据本申请的穿刺机器人包括：用于显示断层扫描装置的图像信息显示装置、六自由度机械手臂和控制所述六自由度机械手臂运动的力反馈操作台，所述六自由度机械手臂的控制信号接收端与所述力反馈操作台的控制信号输出端连接；所述六自由度机械手臂包括机械手末端装置、可带动所述机械手末端装置做直线运动的第一直线运动机构、第二直线运动机构和第三直线运动机构，以及带动所述机械手末端装置做旋转运动的第一旋转运动机构和第二旋转运动机构；所述力反馈操作台包括力反馈机构和操作机构，所述力反馈机构还包括固定架、线缆张紧装置、滑杆、钢丝绳、滑动轮机构和反馈力施加模块，所述操作机构包括基座、操作杆和束绳装置，所述操作杆和所述束绳装置均连接在所述基座上，所述基座滑动连接在所述滑杆上，所述束绳装置固定在所述钢丝绳上。进一步的，所述第二旋转运动机构与所述机械手末端装置连接，所述第一旋转运动机构与所述第二旋转运动机构连接，以通过所述第二旋转运动机构带动所述机械手末端装置旋转，并通过所述第一旋转运动机构带动所述第二旋转运动机构和所述机械手末端装置整体进行旋转。进一步的，所述第三直线运动机构与所述第一旋转运动机构连接，以通过所述第三直线运动机构带动所述机械手末端装置前后移动。进一步的，所述第二直线运动机构与所述第三直线运动机构连接，所述第二直线运动机构和所述第三直线运动机构均沿水平方向且相互垂直设置，以通过所述第二直线运动机构带动所述机械手末端装置左右移动。进一步的，所述第一直线运动机构与所述第二直线运动机构连接，以通过所述第一直线运动机构带动所述机械手末端装置上下移动。进一步的，所述机械手末端装置上设置有第四直线运动机构和穿刺针，所述穿刺针与所述第四直线运动机构连接，以通过所述第四直线运动机构带动所述穿刺针沿所述第四直线运动机构的运动方向移动。进一步的，所述第一直线运动机构、所述第二直线运动机构、所述第三直线运动机构以及所述第四直线运动机构为滚珠丝杠；所述第一直线运动机构的端部设置有第一驱动电机，所述第一驱动电机的输出轴与所述第一直线运动机构连接，所述第二直线运动机构的端部设置有第二驱动电机，所述第二驱动电机的输出轴与所述第二直线运动机构连接，所述第三直线运动机构的端部设置有第三驱动电机，所述第三驱动电机的输出轴与所述第三直线运动机构连接，所述第四直线运动机构的端部设置有第六驱动电机，所述第六驱动电机的输出轴与所述第四直线运动机构连接。进一步的，所述第一旋转运动机构包括第一旋转轴和第四驱动电机，所述第一旋转轴沿水平方向设置，所述第四驱动电机的输出轴与所述第一旋转轴的一端连接，所述第二旋转运动机构与所述第一旋转轴的另一端连接；所述第二旋转运动机构包括第二旋转轴、第五驱动电机和旋转轴连接件，所述旋转轴连接件与所述第一旋转轴连接，所述第二旋转轴套设在所述旋转轴连接件的中部，所述第五驱动电机的输出轴与所述第二旋转轴的一端连接，机械手末端装置与所述第二旋转轴的另一端连接。进一步的，所述固定架包括：顶板和底板；所述滑杆固定设于所述顶板和底板之间；所述顶板上固定所述滑动轮机构；所述底板上固定设有所述线缆张紧装置和反馈力施加模块；所述滑动轮机构、线缆张紧装置和反馈力施加模块均与所述钢丝绳连接，并构成闭环结构，以使当驱动所述基座沿着所述滑杆上下滑动时，所述反馈力施加模块对钢丝绳施加与所述基座滑动方向相反的力。进一步的，所述操作机构包括：连接轴、连杆、第一旋转编码器和第二旋转编码器；所述操作杆的一端与所述连接轴固定，所述连接轴滑动连接在所述连杆一端，且所述连接轴的轴向不同于所述连杆的轴向，所述第一旋转编码器的测量杆与所述连接轴的一端连接，所述连杆滑动连接在所述基座上，且所述连杆穿过所述束绳装置，所述连杆上设有用于容纳所述钢丝绳穿过的通孔；所述第二旋转编码器的测量杆与所述连接轴远离所述连接轴的一端连接，以使所述第一旋转编码器测量所述连接轴沿轴向的旋转，以及所述第二旋转编码器测量所述连杆沿轴向的旋转。在本申请实施例中，通过设置四个直线运动机构和两个旋转机构与机械手末端装置上的穿刺针连接，通过第二旋转机构可带动机械手末端装置旋转，并通过第一旋转机构可带动第二旋转机构和械手末端装置整体进行旋转，通过第三直线运动机构可带动机械手末端装置前后移动，通过第二直线运动机构可带动机械手末端装置左右移动，通过第一直线运动机构可带动机械手末端装置上下移动，通过第四直线运动机构带动机械手末端装置上的穿刺针沿第四直线运动机构的运动方向移动，使得机械手末端装置具有在三维空间内正交的三个平移自由度和两个旋转自由度，另外，安装在机械手末端装置上的穿刺针具有一个平移自由度，因此达到了穿刺针在三维空间内六自由度的设置，从而满足了机械手臂可运动到达三维空间的任意位置的要求，大大提高机械手臂运动的灵活性。另外，通过滑动轮机构、线缆张紧装置、反馈力施加模块、钢丝绳和操作机构之间构成闭环结构，以使力反馈操作台实时响应速度快且准确性高，通过操控可使穿刺针顺利到达指定位置，操控的便捷性和安全性大大提高，从而实现了对穿刺针安全操控的技术效果，进而解决了肺穿刺手术时辐射剂量较大、肺部小结节穿刺难度高的技术问题，从而提高了手术效率。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是根据本申请一种实施例的力反馈操作台的结构示意图；图2是根据本申请一种实施例的线缆张紧装置的结构示意图；图3是根据本申请一种实施例的反馈力施加模块的结构示意图；图4是根据本申请一种实施例的操作机构的立体结构示意图；图5是根据本申请一种实施例的操作机构的剖面示意图；图6是根据本申请一种力反馈操作台的立体结构示意图；图7是根据本申请一种六自由度机械手臂的结构示意图；以及图8是根据本申请一种实施例的机械手末端装置的结构示意图。具体实施方式为了使本
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，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种穿刺机器人，其特征在于，包括：用于显示断层扫描装置的图像信息显示装置、六自由度机械手臂和控制所述六自由度机械手臂运动的力反馈操作台，所述六自由度机械手臂的控制信号接收端与所述力反馈操作台的控制信号输出端连接；所述六自由度机械手臂包括机械手末端装置、可带动所述机械手末端装置做直线运动的第一直线运动机构、第二直线运动机构和第三直线运动机构，以及带动所述机械手末端装置做旋转运动的第一旋转运动机构和第二旋转运动机构；所述力反馈操作台包括力反馈机构和操作机构，所述力反馈机构还包括固定架、线缆张紧装置、滑杆、钢丝绳、滑动轮机构和反馈力施加模块，所述操作机构包括基座、操作杆和束绳装置，所述操作杆和所述束绳装置均连接在所述基座上，所述基座滑动连接在所述滑杆上，所述束绳装置固定在所述钢丝绳上。

【技术特征摘要】
1.一种穿刺机器人，其特征在于，包括：用于显示断层扫描装置的图像信息显示装置、六自由度机械手臂和控制所述六自由度机械手臂运动的力反馈操作台，所述六自由度机械手臂的控制信号接收端与所述力反馈操作台的控制信号输出端连接；所述六自由度机械手臂包括机械手末端装置、可带动所述机械手末端装置做直线运动的第一直线运动机构、第二直线运动机构和第三直线运动机构，以及带动所述机械手末端装置做旋转运动的第一旋转运动机构和第二旋转运动机构；所述力反馈操作台包括力反馈机构和操作机构，所述力反馈机构还包括固定架、线缆张紧装置、滑杆、钢丝绳、滑动轮机构和反馈力施加模块，所述操作机构包括基座、操作杆和束绳装置，所述操作杆和所述束绳装置均连接在所述基座上，所述基座滑动连接在所述滑杆上，所述束绳装置固定在所述钢丝绳上。2.根据权利要求所述的穿刺机器人，其特征在于，所述第二旋转运动机构与所述机械手末端装置连接，所述第一旋转运动机构与所述第二旋转运动机构连接，以通过所述第二旋转运动机构带动所述机械手末端装置旋转，并通过所述第一旋转运动机构带动所述第二旋转运动机构和所述机械手末端装置整体进行旋转。3.根据权利要求所述的穿刺机器人，其特征在于，所述第三直线运动机构与所述第一旋转运动机构连接，以通过所述第三直线运动机构带动所述机械手末端装置前后移动。4.根据权利要求所述的穿刺机器人，其特征在于，所述第二直线运动机构与所述第三直线运动机构连接，所述第二直线运动机构和所述第三直线运动机构均沿水平方向且相互垂直设置，以通过所述第二直线运动机构带动所述机械手末端装置左右移动。5.根据权利要求所述的穿刺机器人，其特征在于，所述第一直线运动机构与所述第二直线运动机构连接，以通过所述第一直线运动机构带动所述机械手末端装置上下移动。6.根据权利要求所述的穿刺机器人，其特征在于，所述机械手末端装置上设置有第四直线运动机构和穿刺针，所述穿刺针与所述第四直线运动机构连接，以通过所述第四直线运动机构带动所述穿刺针沿所述第四直线运动机构的运动方向移动。7.根据权利要求所述的穿刺机器人，其特征在于，所述第一直线运动机构、所述第二直线运动机构、所述第三直线运...

【专利技术属性】
技术研发人员：段星光，李浩源，高亮，崔腾飞，田焕玉，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11