六自由度机械手臂及采用该机械手臂的肺穿刺机器人制造技术

本申请公开了一种六自由度机械手臂及采用该机械手臂的肺穿刺机器人，包括机械手末端装置、四个直线运动机构和两个旋转运动机构，第二旋转运动机构与机械手末端装置连接，以带动机械手末端旋转，第一旋转运动机构与第二旋转运动机构连接，以带动机械手末端装置和第二旋转运动机构整体旋转，第三直线运动机构与第一旋转运动机构连接，以带动机械手末端装置前后移动，第二直线运动机构与第三直线运动机构连接，以带动机械手末端装置左右移动，第一直线运动机构与第二直线运动机构连接，以带动机械手末端装置上下移动，机械手末端装置设置有第四直线运动机构和穿刺针。本申请解决了穿刺用机械手臂运动路径不直观和操控性差的技术问题。

Six Degree of Freedom Robot Arm and Lung Puncture Robot Using the Robot Arm

This application discloses a six-degree-of-freedom manipulator and a puncture robot using the manipulator, including a manipulator end device, four linear motion mechanisms and two rotary motion mechanisms. The second rotary motion mechanism is connected with the end device of the manipulator to drive the end rotation of the manipulator, and the first rotary motion mechanism is connected with the second rotary motion mechanism to drive the manipulator. The end device and the second rotating mechanism rotate as a whole. The third linear motion mechanism is connected with the first rotating motion mechanism to drive the end device of the manipulator to move forward and backward. The second linear motion mechanism is connected with the third linear motion mechanism to drive the end device of the manipulator to move left and right. The first linear motion mechanism is connected with the second linear motion mechanism to drive the end of the manipulator. The device moves up and down, and the end device of the manipulator is provided with a fourth linear motion mechanism and a puncture needle. The application solves the technical problems that the motion path of the puncture manipulator is not intuitive and the manipulation is poor.

【技术实现步骤摘要】
六自由度机械手臂及采用该机械手臂的肺穿刺机器人
本申请涉及医疗器械
，具体而言，涉及一种六自由度机械手臂及采用该机械手臂的肺穿刺机器人。
技术介绍
在医院的临床工作中，穿刺是一种比较常见的治疗手段。穿刺，例如胸腔穿刺是指用消毒过的针刺经皮肤、肋间组织、壁层胸膜穿刺进入胸膜腔的操作。现阶段，在市场上或研究用的肺穿刺机器人使用的机械手臂大多为多自由度旋转关节式机械臂，这种机械臂常用于各种工业设备上，运用在医疗机器人上时，由于旋转运动路径无法直观观察，旋转自由度越多末端位置的运动路径越不明显，医生通过手动操作机械臂到达指定位置的难度大大增加，因此，在狭窄空间中操作时会存在较大的安全风险。另外，传统的直角坐标型机械手臂，只能到达三维空间中正交的任意点，无法调整机械手臂倾斜度等姿态，无法适用于穿刺工作。针对相关技术中穿刺用机械手臂运动路径不直观和操控性差的问题，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六自由度机械手臂及采用该机械手臂的肺穿刺机器人，以解决穿刺用机械手臂运动路径不直观和操控性差的问题。为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种六自由度机械手臂。根据本申请的六自由度机械手臂，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，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，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，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，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，所述第一直线运动机构上套设有第一丝杠螺母，所述第二直线运动机构连接在所述第一丝杠螺母上。进一步的，所述第二直线运动机构为滚珠丝杠，所述第二直线运动机构固定在沿水平方向设置的第一移动板上，所述第一移动板的一端与所述第一丝杠螺母连接，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，所述第二直线运动机构上套设有第二丝杠螺母，所述第三直线运动机构连接在所述第二丝杠螺母上。进一步的，所述第三直线运动机构为滚珠丝杠，所述第三直线运动机构固定在沿水平方向设置的第二移动板的底部，所述第二移动板的顶部通过第一连接件与所述第二丝杠螺母连接，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，所述第三直线运动机构上套设有第三丝杠螺母，所述第一旋转运动机构连接在所述第三丝杠螺母上。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。进一步的，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，所述第四直线运动机构为滚珠丝杠，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，所述第四直线运动机构上套设有第四丝杠螺母，所述穿刺针连接在所述第四丝杠螺母上。进一步的，所述机械手末端装置包括穿刺针和对所述穿刺针进行固定的夹持机构，所述夹持机构的一端与所述第四直线运动机构连接，所述穿刺针可拆卸的安装在所述夹持机构的另一端。进一步的，所述六自由度机械手臂还包括底座，所述第一直线运动结构固定在所述底座上，所述底座的底端开设有用于对所述底座进行固定的多个螺纹孔。为了实现上述目的，根据本申请的另一个方面，提供了一种肺穿刺机器人。根据本申请的肺穿刺机器人，包括：机器人本体和上述的六自由度机械手臂，所述六自由度机械手臂安装在所述机器人本体上。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运动机构与机械手末端装置连接，通过第二旋转运动机构可带动机械手末端装置旋转，并通过第一旋转运动机构可带动第二旋转运动机构和机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，从而满足了穿刺针可运动到达三维空间的任意位置和任意姿态的要求，大大提高穿刺手术的灵活性。另外，四个直线运动机构和两个旋转运动机构均为独立的运动机构，保证穿刺针的运动路径更加直观，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，进而解决了穿刺用机械手臂运动路径不直观和操控性差的技术问题。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是本专利技术六自由度机械手臂的结构示意图；图2是本专利技术六自由度机械手臂中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。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种六自由度机械手臂，其特征在于，包括：机械手末端装置(13)、可带动所述机械手末端装置(13)做直线运动的第一直线运动机构(2)、第二直线运动机构(4)和第三直线运动机构(6)，以及带动所述机械手末端装置(13)做旋转运动的第一旋转运动机构(7)和第二旋转运动机构(8)，所述第二旋转运动机构(8)与所述机械手末端装置(13)连接，所述第一旋转运动机构(7)与所述第二旋转运动机构(8)连接，以通过所述第二旋转运动机构(8)带动所述机械手末端装置(13)旋转，并通过所述第一旋转运动机构(7)带动所述第二旋转运动机构(8)和所述机械手末端装置(13)整体进行旋转，所述第三直线运动机构(6)与所述第一旋转运动机构(7)连接，以通过所述第三直线运动机构(6)带动所述机械手末端装置(13)前后移动，所述第二直线运动机构(4)与所述第三直线运动机构(6)连接，所述第二直线运动机构(4)和所述第三直线运动机构(6)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(4)带动所述机械手末端装置(13)左右移动，所述第一直线运动机构(2)与所述第二直线运动机构(4)连接，以通过所述第一直线运动机构(2)带动所述机械手末端装置(13)上下移动，所述机械手末端装置(13)上设置有第四直线运动机构(9)和穿刺针(11)，所述穿刺针(11)与所述第四直线运动机构(9)连接，以通过所述第四直线运动机构(9)带动所述穿刺针(11)沿所述第四直线运动机构(9)的运动方向移动。...

【技术特征摘要】
1.一种六自由度机械手臂，其特征在于，包括：机械手末端装置(13)、可带动所述机械手末端装置(13)做直线运动的第一直线运动机构(2)、第二直线运动机构(4)和第三直线运动机构(6)，以及带动所述机械手末端装置(13)做旋转运动的第一旋转运动机构(7)和第二旋转运动机构(8)，所述第二旋转运动机构(8)与所述机械手末端装置(13)连接，所述第一旋转运动机构(7)与所述第二旋转运动机构(8)连接，以通过所述第二旋转运动机构(8)带动所述机械手末端装置(13)旋转，并通过所述第一旋转运动机构(7)带动所述第二旋转运动机构(8)和所述机械手末端装置(13)整体进行旋转，所述第三直线运动机构(6)与所述第一旋转运动机构(7)连接，以通过所述第三直线运动机构(6)带动所述机械手末端装置(13)前后移动，所述第二直线运动机构(4)与所述第三直线运动机构(6)连接，所述第二直线运动机构(4)和所述第三直线运动机构(6)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(4)带动所述机械手末端装置(13)左右移动，所述第一直线运动机构(2)与所述第二直线运动机构(4)连接，以通过所述第一直线运动机构(2)带动所述机械手末端装置(13)上下移动，所述机械手末端装置(13)上设置有第四直线运动机构(9)和穿刺针(11)，所述穿刺针(11)与所述第四直线运动机构(9)连接，以通过所述第四直线运动机构(9)带动所述穿刺针(11)沿所述第四直线运动机构(9)的运动方向移动。2.根据权利要求1所述的六自由度机械手臂，其特征在于，所述第一直线运动机构(2)为滚珠丝杠，所述第一直线运动机构(2)的端部设置有第一驱动电机(201)，所述第一驱动电机(201)的输出轴与所述第一直线运动机构(2)连接，所述第一直线运动机构(2)上套设有第一丝杠螺母，所述第二直线运动机构(4)连接在所述第一丝杠螺母上。3.根据权利要求2所述的六自由度机械手臂，其特征在于，所述第二直线运动机构(4)为滚珠丝杠，所述第二直线运动机构(4)固定在沿水平方向设置的第一移动板(3)上，所述第一移动板(3)的一端与所述第一丝杠螺母连接，所述第二直线运动机构(4)的端部设置有第二驱动电机(401)，所述第二驱动电机(401)的输出轴与所述第二直线运动机构(4)连接，所述第二直线运动机构(4)上套设有第二丝杠螺母，所述第三直线运动机构(6)连接在所述第二丝杠螺母上。4.根据权利要求3所述的六自由度机...

【专利技术属性】
技术研发人员：段星光，石青鑫，周珅珅，楼霁晨，崔腾飞，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11