一种用于磁共振成像仪内部的六自由度针刺机器人制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于磁共振成像仪内部的六自由度针刺机器人，包含笛卡尔模块、摆动模块和针刺模块；摆动模块固定在笛卡尔模块上，针刺模块固定在摆动模块上，其中，笛卡尔模块用于控制摆动模块在X方向、Y方向和Z方向上运动，X方向、Y方向、Z方向相互垂直；摆动模块用于控制针刺模块进行水平摆动；针刺模块用于控制穿刺针进行俯仰运动和进针运动。本实用新型专利技术采用多种形式无磁超声电机驱动，能够实现所需位置和姿态的前列腺穿刺，同时基于超声电机断电自锁的特性，无需附加额外锁定装置来保持位置；且系统的整体结构更加简单紧凑、易于小型化。

A 6-DOF needling robot for MRI

【技术实现步骤摘要】
一种用于磁共振成像仪内部的六自由度针刺机器人
本技术涉及微创医疗机器人设备
，具体涉及一种用于磁共振成像仪内部的六自由度针刺机器人。
技术介绍
在众多的前列腺针刺机器人的设计中，“灵活、精密、灵巧”是针刺机器人优劣的重要指标，结构设计的方式影响着整个系统的占用空间体积的大小。对于有成像引导的针刺机器人手术，成像方式多采用超声成像。驱动方式多采用气动、液压驱动。由于核磁成像具有非常好的实时性且没有辐射。因此核磁下的机器人研究迅速成为该领域的热点。以上驱动方式虽然很好的满足了核磁兼容特性，但不可避免地存在着较多非线性误差且驱动装置比较繁琐，使得平台的实时性、稳定性和精度较差。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
中所涉及到的缺陷，提供一种用于磁共振成像仪内部的六自由度针刺机器人。本技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种用于磁共振成像仪内部的六自由度针刺机器人，包含笛卡尔模块、摆动模块和针刺模块；所述摆动模块固定在笛卡尔模块上，所述针刺模块固定在所述摆动模块上，其中，所述笛卡尔模块用于控制摆动模块在X方向、Y方向和Z方向上运动，所述X方向、Y方向、Z方向相互垂直；所述摆动模块用于控制针刺模块进行水平摆动；所述针刺模块用于控制穿刺针进行俯仰运动和进针运动；所述笛卡尔模块包含底座、X平台、Y平台、Z平台、升降筒、第一直线超声电机、第一直线编码器、第二直线超声电机、第二直线编码器、第一双输出轴旋转超声电机、第一旋转编码器和若干光杆；所述底座上设有若干沿X方向的导轨、且导轨上均设有能够自由滑动的滑块；所述X平台和底座的各个导轨上的滑块固连，能够相对底座沿X方向自由滑动；所述第一直线超声电机固定在底座上、输出端和所述X平台固连，用于驱动X平台相对于底座在X方向滑动；所述第一直线编码器的读头固定在所述底座上、光栅尺固定在在所述X平台上，用于检测X平台相对于底座的滑动位移；所述X平台上设有若干沿Y方向的导轨、且导轨上均设有能够自由滑动的滑块；所述Y平台和X平台的各个导轨上的滑块固连，能够相对X平台沿Y方向自由滑动；所述第二直线超声电机固定在X平台上、输出端和所述Y平台固连，用于驱动Y平台相对于X平台在Y方向滑动；所述第一直线编码器的读头固定在所述X平台上、光栅尺固定在在所述Y平台上，用于检测Y平台相对于X平台的滑动位移；所述升降筒包含外筒和内筒；所述外筒为下端开口、上端和所述Z平台下端面固连的空心圆柱体，其内壁上设有螺纹；所述内筒下端封闭、外壁上设有和所述外筒内壁上螺纹相匹配的螺纹，且内筒和外筒螺纹连接；所述Z平台上设有若干和所述光杆一一对应的通孔；所述光杆一端沿Z方向穿过其在Z平台上对应的通孔后和所述Y平台固连；所述Y平台的中心设有通孔；所述第一双输出轴旋转超声电机固定在所述Y平台的下端面上、其一个输出轴穿过Y平台中心的通孔和所述内筒的下端面中心固连，用于控制所述内容转动进而控制Z平台沿Z方向滑动；第一旋转编码器的读头和所述第一双输出轴旋转超声电机的壳体固连、光栅尺和第一双输出轴旋转超声电机的另一个输出轴固连；所述摆动模块包含旋转安装座、第一轴承、旋转轴、主动带轮、从动带轮、第二双输出轴旋转超声电机和第二旋转编码器；所述旋转安装座固定在所述Z平台上，一部分伸出Z平台外，且其上设有轴承安装孔和电机孔；所述第一轴承设置在所述旋转安装座的轴承安装孔中，其外圈和旋转安装座固连，内圈和所述旋转轴的底端固连；所述从动带轮套在所述旋转轴上、和所述旋转轴固连；所述带轮、旋转轴、内筒同轴；所述第二双输出轴旋转超声电机固定在所述旋转安装座的下端面上、其一个输出轴穿过旋转安装座上的电机孔和所述主动带轮的中心固连；所述第二旋转编码器的读头和所述第二双输出轴旋转超声电机的壳体固连、光栅尺和第二双输出轴旋转超声电机的另一个输出轴固连；所述主动带轮、从动带轮通过所述皮带传动连接；所述针刺模块包含U型支座、针刺承载板、丝杆、丝杆螺母、针座、穿刺针、第一固定板、第二固定板、第一挂耳、第二挂耳、第二轴承、连接轴、第三轴承、联轴器、第三双输出轴旋转超声电机、第三旋转编码器、第四双输出轴旋转超声电机和第四旋转编码器；所述针刺承载板呈长方形；所述第一挂耳、第二挂耳对应设置在所述针刺承载板两侧，和所述针刺承载板固连；所述第一固定板、第二固定板分别设置在所述针刺承载板两端，和所述针刺承载板的上端面垂直固连；所述U型支座包含第一侧板、第二侧板和底板，其中，U形支座的底板的下端面和所述旋转轴的顶端固连；所述第一侧板上设有通孔，第二侧板的内壁上设有轴承安装孔；所述第二轴承设置在第二侧板的轴承安装孔中，其外圈和第二侧板固连、内圈和所述连接轴的一端固连；所述连接轴的另一端和所述第二挂耳的外壁固连；所述第三双输出轴旋转超声电机固定在所述第一侧板外壁，其一个输出轴穿过第一侧板上的通孔和所述第一挂耳的外壁固连、且该输出轴和所述第二轴承同轴；所述第三旋转编码器的读头和所述第三双输出轴旋转超声电机的壳体固连、光栅尺和第三双输出轴旋转超声电机的另一个输出轴固连；所述针刺承载板在在第一固定板、第二固定板之间设有和针刺承载板长边平行的导轨，且导轨上设有能够自由滑动的滑块；所述丝杆螺母和所述针刺承载板上的滑块固连；所述第一固定板上设有通孔，所述第二固定板上设有轴承孔和导向孔；所述第四双输出轴旋转超声电机固定在所述第一固定板外壁，其一个输出轴穿过第一固定板上的通孔后联轴器和所述丝杆的一端固连；所述第四旋转编码器的读头和所述第四双输出轴旋转超声电机的壳体固连、光栅尺和第四双输出轴旋转超声电机的另一个输出轴固连；所述第三轴承设置在所述第二固定板的轴承孔中，其外圈和所述第二固定板固连；所述丝杆和所述丝杆螺母螺纹连接、其另一端穿过丝杆螺母后和所述第三轴承的内圈固连，且丝杆和针刺承载板上的导轨平行；所述针座包含安装板、导向板、压力传感器和固定块，其中，所述安装板固定在所述丝杆螺母上；所述导向板、固定块均固定在所述安装板上，所述导向板上设有导向孔；所述穿刺针的尖部依次穿过导向板上的导向孔、第二固定板上的导向孔；所述压力传感器一端和穿刺针的根部固连、另一端和所述固定块固连，用于测量穿刺针的穿刺力大小；所述穿刺针和所述导轨平行，能够通过第二固定板上的导向孔滑动。作为本技术一种用于磁共振成像仪内部的六自由度针刺机器人进一步的优化方案，所述底座上导轨的数量为两个，X平台上导轨的数量也是两个。作为本技术一种用于磁共振成像仪内部的六自由度针刺机器人进一步的优化方案，所述光杆的数量为两个，且Z平台上和光杆相配合的两个通孔设置在所述外筒的两侧。作为本技术一种用于磁共振成像仪内部的六自由度针刺机器人进一步的优化方案，所述旋转轴和所述第一轴承的内圈通过过盈配合相连。本技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1.工作空间完全覆盖了前列腺的区域，其针可以以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于磁共振成像仪内部的六自由度针刺机器人，其特征在于，包含笛卡尔模块、摆动模块和针刺模块；/n所述摆动模块固定在笛卡尔模块上，所述针刺模块固定在所述摆动模块上，其中，所述笛卡尔模块用于控制摆动模块在X方向、Y方向和Z方向上运动，所述X方向、Y方向、Z方向相互垂直；所述摆动模块用于控制针刺模块进行水平摆动；所述针刺模块用于控制穿刺针进行俯仰运动和进针运动；/n所述笛卡尔模块包含底座、X平台、Y平台、Z平台、升降筒、第一直线超声电机、第一直线编码器、第二直线超声电机、第二直线编码器、第一双输出轴旋转超声电机、第一旋转编码器和若干光杆；/n所述底座上设有若干沿X方向的导轨、且导轨上均设有能够自由滑动的滑块；所述X平台和底座的各个导轨上的滑块固连，能够相对底座沿X方向自由滑动；所述第一直线超声电机固定在底座上、输出端和所述X平台固连，用于驱动X平台相对于底座在X方向滑动；所述第一直线编码器的读头固定在所述底座上、光栅尺固定在所述X平台上，用于检测X平台相对于底座的滑动位移；/n所述X平台上设有若干沿Y方向的导轨、且导轨上均设有能够自由滑动的滑块；所述Y平台和X平台的各个导轨上的滑块固连，能够相对X平台沿Y方向自由滑动；所述第二直线超声电机固定在X平台上、输出端和所述Y平台固连，用于驱动Y平台相对于X平台在Y方向滑动；所述第一直线编码器的读头固定在所述X平台上、光栅尺固定在所述Y平台上，用于检测Y平台相对于X平台的滑动位移；/n所述升降筒包含外筒和内筒；所述外筒为下端开口、上端和所述Z平台下端面固连的空心圆柱体，其内壁上设有螺纹；所述内筒下端封闭、外壁上设有和所述外筒内壁上螺纹相匹配的螺纹，且内筒和外筒螺纹连接；/n所述Z平台上设有若干和所述光杆一一对应的通孔；所述光杆一端沿Z方向穿过其在Z平台上对应的通孔后和所述Y平台固连；/n所述Y平台的中心设有通孔；所述第一双输出轴旋转超声电机固定在所述Y平台的下端面上、其一个输出轴穿过Y平台中心的通孔和所述内筒的下端面中心固连，用于控制所述内筒转动进而控制Z平台沿Z方向滑动；第一旋转编码器的读头和所述第一双输出轴旋转超声电机的壳体固连、光栅尺和第一双输出轴旋转超声电机的另一个输出轴固连；/n所述摆动模块包含旋转安装座、第一轴承、旋转轴、主动带轮、从动带轮、第二双输出轴旋转超声电机和第二旋转编码器；/n所述旋转安装座固定在所述Z平台上，一部分伸出Z平台外，且其上设有轴承安装孔和电机孔；/n所述第一轴承设置在所述旋转安装座的轴承安装孔中，其外圈和旋转安装座固连，内圈和所述旋转轴的底端固连；所述从动带轮套在所述旋转轴上、和所述旋转轴固连；所述带轮、旋转轴、内筒同轴；/n所述第二双输出轴旋转超声电机固定在所述旋转安装座的下端面上、其一个输出轴穿过旋转安装座上的电机孔和所述主动带轮的中心固连；所述第二旋转编码器的读头和所述第二双输出轴旋转超声电机的壳体固连、光栅尺和第二双输出轴旋转超声电机的另一个输出轴固连；/n所述主动带轮、从动带轮通过皮带传动连接；/n所述针刺模块包含U型支座、针刺承载板、丝杆、丝杆螺母、针座、穿刺针、第一固定板、第二固定板、第一挂耳、第二挂耳、第二轴承、连接轴、第三轴承、联轴器、第三双输出轴旋转超声电机、第三旋转编码器、第四双输出轴旋转超声电机和第四旋转编码器；/n所述针刺承载板呈长方形；所述第一挂耳、第二挂耳对应设置在所述针刺承载板两侧，和所述针刺承载板固连；所述第一固定板、第二固定板分别设置在所述针刺承载板两端，和所述针刺承载板的上端面垂直固连；/n所述U型支座包含第一侧板、第二侧板和底板，其中，U形支座的底板的下端面和所述旋转轴的顶端固连；所述第一侧板上设有通孔，第二侧板的内壁上设有轴承安装孔；/n所述第二轴承设置在第二侧板的轴承安装孔中，其外圈和第二侧板固连、内圈和所述连接轴的一端固连；所述连接轴的另一端和所述第二挂耳的外壁固连；所述第三双输出轴旋转超声电机固定在所述第一侧板外壁，其一个输出轴穿过第一侧板上的通孔和所述第一挂耳的外壁固连、且该输出轴和所述第二轴承同轴；所述第三旋转编码器的读头和所述第三双输出轴旋转超声电机的壳体固连、光栅尺和第三双输出轴旋转超声电机的另一个输出轴固连；/n所述针刺承载板在第一固定板、第二固定板之间设有和针刺承载板长边平行的导轨，且导轨上设有能够自由滑动的滑块；所述丝杆螺母和所述针刺承载班上的滑块固连；/n所述第一固定板上设有通孔，所述第二固定板上设有轴承孔和导向孔；/n所述第四双输出轴旋转超声电机固定在所述第一固定板外壁，其一个输出轴穿过第一固定板上的通孔后联轴器和所述丝杆的一端固连；所述第四旋转编码器的读头和所述第四双输出轴旋转超声电机的壳体固连、光栅尺和第四双输出轴旋转超声电机的另一个输出轴固连；/n所述第三轴承设置在所述第二固定板...

【技术特征摘要】
1.一种用于磁共振成像仪内部的六自由度针刺机器人，其特征在于，包含笛卡尔模块、摆动模块和针刺模块；
所述摆动模块固定在笛卡尔模块上，所述针刺模块固定在所述摆动模块上，其中，所述笛卡尔模块用于控制摆动模块在X方向、Y方向和Z方向上运动，所述X方向、Y方向、Z方向相互垂直；所述摆动模块用于控制针刺模块进行水平摆动；所述针刺模块用于控制穿刺针进行俯仰运动和进针运动；
所述笛卡尔模块包含底座、X平台、Y平台、Z平台、升降筒、第一直线超声电机、第一直线编码器、第二直线超声电机、第二直线编码器、第一双输出轴旋转超声电机、第一旋转编码器和若干光杆；
所述底座上设有若干沿X方向的导轨、且导轨上均设有能够自由滑动的滑块；所述X平台和底座的各个导轨上的滑块固连，能够相对底座沿X方向自由滑动；所述第一直线超声电机固定在底座上、输出端和所述X平台固连，用于驱动X平台相对于底座在X方向滑动；所述第一直线编码器的读头固定在所述底座上、光栅尺固定在所述X平台上，用于检测X平台相对于底座的滑动位移；
所述X平台上设有若干沿Y方向的导轨、且导轨上均设有能够自由滑动的滑块；所述Y平台和X平台的各个导轨上的滑块固连，能够相对X平台沿Y方向自由滑动；所述第二直线超声电机固定在X平台上、输出端和所述Y平台固连，用于驱动Y平台相对于X平台在Y方向滑动；所述第一直线编码器的读头固定在所述X平台上、光栅尺固定在所述Y平台上，用于检测Y平台相对于X平台的滑动位移；
所述升降筒包含外筒和内筒；所述外筒为下端开口、上端和所述Z平台下端面固连的空心圆柱体，其内壁上设有螺纹；所述内筒下端封闭、外壁上设有和所述外筒内壁上螺纹相匹配的螺纹，且内筒和外筒螺纹连接；
所述Z平台上设有若干和所述光杆一一对应的通孔；所述光杆一端沿Z方向穿过其在Z平台上对应的通孔后和所述Y平台固连；
所述Y平台的中心设有通孔；所述第一双输出轴旋转超声电机固定在所述Y平台的下端面上、其一个输出轴穿过Y平台中心的通孔和所述内筒的下端面中心固连，用于控制所述内筒转动进而控制Z平台沿Z方向滑动；第一旋转编码器的读头和所述第一双输出轴旋转超声电机的壳体固连、光栅尺和第一双输出轴旋转超声电机的另一个输出轴固连；
所述摆动模块包含旋转安装座、第一轴承、旋转轴、主动带轮、从动带轮、第二双输出轴旋转超声电机和第二旋转编码器；
所述旋转安装座固定在所述Z平台上，一部分伸出Z平台外，且其上设有轴承安装孔和电机孔；
所述第一轴承设置在所述旋转安装座的轴承安装孔中，其外圈和旋转安装座固连，内圈和所述旋转轴的底端固连；所述从动带轮套在所述旋转轴上、和所述旋转轴固连；所述带轮、旋转轴、内筒同轴；
所述第二双输出轴旋转超声电机固定在所述旋转安装座的下端面上、其一个输出轴穿过旋转安装座上的电机孔和所述主动带轮的中心固连；所述第二旋转编码器的读头和所述第二双输出轴旋转超声电机的壳体固连、光栅尺和第二双输出轴旋转超声电机的另一个输出轴固连；
所述主动带轮、从...

【专利技术属性】
技术研发人员：时运来，王富刚，林瑜阳，张军，程丁继，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32