一种适用于临床人体截石位靶向粒子植入机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种适用于临床人体截石位靶向粒子植入机器人，包括机架，还包括：位姿调整机构、触力反馈摩擦轮式靶向粒子植入器、正弦弹力放大力矩补偿机构，其具体使用步骤如下：S1；驱动；S2；啮合；S3；摆动；S4；横向运动；S5；补偿力矩；S6；直线运动；S7；回转运动；S8；检测；S9；传递信息；采用正弦弹力放大力矩补偿机构可以实现大臂任意位形下重力矩的补偿，减少驱动力矩波动，提高机器人末端低速操作的平稳性，结合位姿调整机构，使得植入器的外针可以定点调整外针的入射角度，另外位姿调整机构末端安装的触力反馈摩擦轮式靶向粒子植入器，提高了靶向粒子植入过程的力信息感知能力。

A kind of target particle implanting robot for clinical human cutting position

The invention relates to a target particle implanting robot suitable for clinical human cutting, which includes a frame, a position and posture adjusting mechanism, a contact force feedback friction wheel type target particle implanting device, and a sine elastic amplification moment compensation mechanism. The specific use steps are as follows: S1; actuation; S2; engagement; S3; swing; S4; lateral movement; S5; compensation moment; S6; linear movement; s 7. Rotary motion; S8; detection; S9; transmission of information; using the sine elastic amplification moment compensation mechanism can realize the compensation of the lower weight moment of any position shape of the boom, reduce the driving moment fluctuation, and improve the stability of the low-speed operation of the robot end. Combined with the position and attitude adjustment mechanism, the external needle of the implant can adjust the incident angle of the external needle at a fixed point. In addition, the end of the position and attitude adjustment mechanism can be adjusted at a fixed point The installed contact force feedback friction wheel type target particle implanter improves the force information perception ability of the target particle implantation process.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于临床人体截石位靶向粒子植入机器人
本专利技术涉及医疗器械
，具体是一种适用于临床人体截石位靶向粒子植入机器人。
技术介绍
据2018年癌症报告统计，中国每年新发癌症病例429万，占全球20％，死亡281万例。近距离放射性治疗适用于治疗泌尿生殖系统肿瘤、腹部肿瘤、消化系统肿瘤以及颅内肿瘤。临床该类手术通过腺体腔道作为手术入路，医生手持粒子植入器械经过导向模板到表皮，以表皮作为入口，刺破腺体硬膜，最后抵达肿瘤腺体靶区进行局部精准放射。通过大量临床手术评估，证实了该类手术靶向性强、创伤小、疗效快、副作用少等优势。当前国内外的粒子植入多为手动进行，操作中医生需要反复调整穿刺入口到靶点的路径，刺入过程必须保持手眼完全一致以及持续力控制，才能确保粒子放入放置位置。手工近距离放射性治疗存在问题：一方面医生为了保证手术质量，对于经皮刺入点到靶点路径都要调整，一般肿瘤患者需植入上百个粒子，长时间疲劳操作造成手灵敏度下降，难以保证≤2mm精度。另一方面长时间手术操作导致的手眼疲劳，难以实现恶性肿瘤的精准治疗，缺乏具备一定自主能力的治疗手段。达芬奇手术机器人成功应用表明，手术机器人在操作准确性、可靠性及减少肌体损伤等方面都优于外科医生徒手操作。国内外靶向粒子植入机器人始于21世纪初期，美国罗彻斯特大学研制了一种直角坐标式粒子植入机器人，采用移动关节组成直角坐标悬臂结构会降低整体刚度，其自身占用空间较大和运动响应能力也欠佳。罗马尼亚克卢日·纳波卡技术大学研制CRRU+CRU模块化并联式粒子植入机器人，控制时存在工作奇异点的问题，天津大学设计了混合式并联粒子植入机器人，它的结构和材料都适用于核磁兼容环境，整体结构过于复杂，控制起来较为困难。一般采用悬臂关节式机器人更适合人体截石位狭窄空间操作，但悬臂关节式构型在低速高精度操作时，时变重力矩会造成驱动力矩波动较大，恶化机器人低速运动平稳性能。另外，机器人操控介入器械在软组织中定位时，如果穿刺过程遇到血管、动脉和骨骼时，机器人完全缺乏实时触力感知能力，依然采用固定程序进行穿刺必然会造成严重的医疗事故。因此，一种驱动过程平稳、种植精度高、带有触力感知装置、适用用于人体截石位狭窄空操作的靶向粒子植入机器人具有重要理论价值和现实意义。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出一种适用于临床人体截石位靶向粒子植入机器人。一种适用于临床人体截石位靶向粒子植入机器人,包括机架，还包括：位姿调整机构，设置在机架上，用于实现动态条件下运动和力的传递；触力反馈摩擦轮式靶向粒子植入器，设置在位姿调整机构上，用于与使用者配合提高靶向粒子植入过程的力信息感知能力；正弦弹力放大力矩补偿机构，设置在机架上且与位姿调整机构配合，通过正弦将弹力放大进行力矩补偿。所述的位姿调整机构包括大臂、与大臂连接的大臂减速电机、设置在大臂上的主动齿轮、设置在大臂上的小臂、通过铰链与小臂连接的腕部、设置在腕部的连接法兰。所述的触力反馈摩擦轮式靶向粒子植入器包括与连接法兰配合的外针驱动机构和摩擦轮式内针驱动机构、与摩擦轮式内针驱动机构配合的粒子装载过渡装置、与粒子装载过渡装置配合的触力反馈式外针。所述的摩擦轮式内针驱动机构包括设置在外针驱动机构上的滑台、设置在滑台上的底板、设置在底板上的内针，内针与摩擦轮配合进行传输。所述的粒子装载过渡装置为粒子植入通道，所述的触力反馈式外针为空心状的多维力传感器，外针与多维力传感器配合用于注射。所述的正弦弹力放大力矩补偿机构包括与主动齿轮啮合的被动齿轮、与被动齿轮配合的曲柄滑块机构、与曲柄滑块机构配合实现弹力的放大补偿的弹力放大机构。所述的曲柄滑块机构包括曲柄、与曲柄配合的连杆；所述的弹力放大机构包括与连杆配合的下滑动齿条、设置在下滑动齿条上的直线滑轨、与下滑动齿条上啮合的小齿轮、与小齿轮配合的大齿轮、与大齿轮通过齿轮齿条副配合的上滑动齿条、设置在上滑动齿条上的滑块、与滑块配合的直线导杆、设置在直线导杆上的若干组压缩弹簧。一种适用于临床人体截石位靶向粒子植入机器人的使用方法,其具体步骤如下：S1：驱动：驱动大臂减速电机分别使得使得主动齿轮和大臂动作；S2：啮合：主动齿轮与被动齿轮啮合；S3：摆动：被动齿轮与曲柄配合通过转动副与连杆连接，当主动齿轮进行转动时，带动曲柄转动，曲柄通过转动副带动连杆摆动，连杆末端驱动上滑动齿条运动；S4：横向运动：下滑动齿条横向水平运动时，带动上滑动齿条反向水平运动；S5：补偿力矩：a：上滑动齿条运动压缩若干组压缩弹簧，压缩弹簧的弹力经过小齿轮和与小齿轮配合的大齿轮得到放大；b：放大的弹力反作用于上滑动齿条上，并通过大臂与小臂将力矩传送至触力反馈摩擦轮式靶向粒子植入器上；S6：直线运动：当外针驱动机构动作时，带动外针作直线运动，通过控制滑台的移动距离，实现外针的精确定位；S7：回转运动：当外针到达指定位置时，摩擦轮式内针驱动机构带动两组左右对称布置的摩擦轮做回转运动，内针在摩擦轮提供的滚动摩擦力的作用下往复进出粒子植入通道并往复进入粒子装载过渡装置；S8：检测：进入固接在触力反馈式外针的空心的多维力传感器后，经镂空的外针到达指定位置，空心状的多维力传感器在外针动作时，实时测量外针所受到的力和力矩；S9：传递信息：将受力信息传输到控制器中，控制器根据受力情况控制外针驱动机构、摩擦轮式内针驱动机构的运动状态并进行粒子植入。本专利技术的有益效果是：采用正弦弹力放大力矩补偿机构可以实现大臂任意位形下重力矩的补偿，减少驱动力矩波动，提高机器人末端低速操作的平稳性，结合位姿调整机构，使得植入器的外针在进入表皮入射点时，可以定点调整外针的入射角度，这样可更加灵活的规划进针路径，另外位姿调整机构末端安装的触力反馈摩擦轮式靶向粒子植入器，提高了靶向粒子植入过程的力信息感知能力。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1为本专利技术的立体结构示意图；图2为本专利技术的主视结构示意图；图3为本专利技术的正弦弹力放大力矩补偿机构立体结构示意图；图4为本专利技术的触力反馈摩擦轮式靶向粒子植入器立体构示意图；图5为本专利技术的正弦弹力放大力矩补偿机构原理结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本专利技术进一步阐述。如图1至图5所示，一种适用于临床人体截石位靶向粒子植入机器人,包括机架1，还包括：位姿调整机构2，设置在机架1上，用于实现动态条件下运动和力的传递；触力反馈摩擦轮式靶向粒子植入器3，设置在位姿调整机构2上，用于与使用者配合提高靶向粒子植入过程的力信息感知能力；正弦弹力放大力矩补偿机构4，设置在机架1上且与位姿调整机构2配合，通过正弦将弹力放大进行力矩补偿。所述的位姿调整机构2包括大臂22、与大臂22连接的大臂减速电机23、设置在大臂22上的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于临床人体截石位靶向粒子植入机器人,包括机架(1)，其特征在于：还包括：/n位姿调整机构(2)，设置在机架(1)上，用于实现动态条件下运动和力的传递；/n触力反馈摩擦轮式靶向粒子植入器(3)，设置在位姿调整机构(2)上，用于与使用者配合提高靶向粒子植入过程的力信息感知能力；/n正弦弹力放大力矩补偿机构(4)，设置在机架(1)上且与位姿调整机构(2)配合，通过正弦将弹力放大进行力矩补偿。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于临床人体截石位靶向粒子植入机器人,包括机架(1)，其特征在于：还包括：
位姿调整机构(2)，设置在机架(1)上，用于实现动态条件下运动和力的传递；
触力反馈摩擦轮式靶向粒子植入器(3)，设置在位姿调整机构(2)上，用于与使用者配合提高靶向粒子植入过程的力信息感知能力；
正弦弹力放大力矩补偿机构(4)，设置在机架(1)上且与位姿调整机构(2)配合，通过正弦将弹力放大进行力矩补偿。


2.根据权利要求1所述的一种适用于临床人体截石位靶向粒子植入机器人,其特征在于：所述的位姿调整机构(2)包括大臂(22)、与大臂(22)连接的大臂减速电机(23)、设置在大臂(22)上的主动齿轮(21)、设置在大臂(22)上的小臂(24)、通过铰链与小臂(24)连接的腕部(25)、设置在腕部(25)的连接法兰(251)。


3.根据权利要求2所述的一种适用于临床人体截石位靶向粒子植入机器人,其特征在于：所述的触力反馈摩擦轮式靶向粒子植入器(3)包括与连接法兰(251)配合的外针驱动机构(31)和摩擦轮式内针驱动机构(32)、与摩擦轮式内针驱动机构(32)配合的粒子装载过渡装置(33)、与粒子装载过渡装置(33)配合的触力反馈式外针(34)。


4.根据权利要求3所述的一种适用于临床人体截石位靶向粒子植入机器人,其特征在于：所述的摩擦轮式内针驱动机构(32)包括设置在外针驱动机构(31)上的滑台(312)、设置在滑台(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁艺，王昌波，汪步云，季景，许德章，吴路路，吴雨涵，周子夜，
申请(专利权)人：芜湖安普机器人产业技术研究院有限公司，安徽工程大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34