一种多自由度机械臂调整入针角度的柔性针穿刺装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种多自由度机械臂调整入针角度的柔性针穿刺装置，属于医疗器械领域，依靠多自由度机械臂调整柔性针穿刺机构以不同角度穿刺，为穿刺手术提供多角度的穿刺位姿模式；该发明专利技术中摆位装置及机械臂具有五个自由度，可以调整斜尖柔性针的入针角度，并会在机械臂多关节轴线交汇点处形成不动点，使机械臂调整入针角度同时保证柔性针针尖穿刺点空间位置不变，相对于传统的柔性针穿刺装置，悬空的机械臂伸展或收缩过程中可以对患者或其他手术设备进行有效避让，同时保证穿刺目标点不移动，操作简单，更加容易获得合适的穿刺入针姿态，提高了机构的灵活性，保证了穿刺的稳定性、准确性以及安全性。准确性以及安全性。准确性以及安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种多自由度机械臂调整入针角度的柔性针穿刺装置


[0001]本专利技术属于医疗器械
，其涉及一种多自由度机械臂调整入针角度的柔性针穿刺装置。

技术介绍

[0002]机器人辅助的微创介入医疗是近年来迅速发展起来的一门崭新的医疗技术，是介于外科、内科之间的新兴医疗方法，靶向穿刺技术是应用前景最广阔的医疗手段之一；在医学影像设备的引导下，使用柔性穿刺针靶向穿刺进行局部治疗，具有创口小、恢复快、治疗效果好等优点；由于传统的刚性针的刚度较大在穿刺过程中无法对针尖位置进行有效的控制，导致穿刺局限性较大，因此柔性针迅速发展逐渐应用到穿刺手术中。
[0003]传统的柔性针穿刺手术是将穿刺机构安装到串联协作机械臂上，对机械臂的位姿进行调整后，通过程序控制穿刺机构进行穿刺手术；普通的串联机械臂放置在患者一侧，若想从患者另一侧如针，由于机械臂的自由度及臂长限制，需将机械臂调整至患者另一侧，提高了手术的复杂程度。
[0004]基于现有技术存在的缺陷，本专利技术所需要解决的技术问题为解决调整穿刺机构穿刺位置方式过于繁琐的问题，实现将机械臂与穿刺机构安置在一确定位置，仅需调整机械臂位姿即可实现较大范围的入针角度调节；降低医护人员的工作量，同时以较小的机械臂臂长尺寸实现较大的运动空间。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术要解决的技术问题是提供一种多自由度机械臂调整入针角度的柔性针穿刺装置，通过机构中底座的升降、旋转自由度及摆位机构中俯仰自由度来对机械臂的整体位姿进行大范围调整；通过摆位机构中横滚自由度及机械臂的伸展收缩来对穿刺如针角度进行调整，位姿调整好之后，控制柔性针穿刺机构进行穿刺手术。
[0006]一种多自由度机械臂调整入针角度的柔性针穿刺装置，其中底座主要有升降机构与旋转机构组成，升降机构由电机与丝杠螺母带动实现底座的升降，旋转机构由电机与转接法兰通过带传动实现转接法兰的旋转；摆位关节主要有两个电机实现机械臂的两个自由度的调整，机械臂的俯仰自由度及横滚自由度；机械臂具有三个臂：后臂、中臂、前臂，组成平行四边形结构，平行四边形的末端点由后臂轴线与前臂中的柔性针导向轮指向方向在机械臂侧面平面上的投影交点，在机械臂伸展或收缩时，此穿刺交点在空间位置不动，同时摆位关节中横滚自由度的旋转轴线过此交点，在摆位关节调整机械臂横滚位姿时，穿刺交点空间位置不动。
[0007]机械臂的前臂上安装有一两自由度柔性针穿刺机构，斜尖柔性针的直线与旋转运动；柔性针穿刺机构的末端与机械臂前臂的柔性针导向轮通过定长的导管连接，防止在穿刺过程中，由于穿刺阻力使柔性针发生翘曲；机械臂位姿调整好之后，柔性针直线运动实现针的进给与回退，针的旋转运动实现对斜尖朝向的控制，从而实现柔性针轨迹的控制。
[0008]本专利技术的有益效果为：通过底座及摆位关节实现柔性针的升降、旋转、俯仰、横滚四个自由度位姿控制，机械臂为平行四边形结构，具有一个自由度，机械臂伸展收缩，平行四边形末端点在空间位置不动，机械臂横滚轴线过平行四边形末端点，横滚位姿调整时，末端点空间位置不动。将平行四边形末端点调整至患者需进行手术的病灶点处仅需调整机械臂的横滚、伸展收缩两个自由度即可实现较大范围的如针角度调整。
附图说明
[0009]图1多自由度机械臂调整入针角度的柔性针穿刺装置整体示意图图2底座、摆位关节、机械臂、柔性针穿刺机构四个部分示意图图3底座爆炸视图图4摆位关节爆炸视图图5机械臂爆炸视图图6机械臂后方辅助爆炸视图图7柔性针穿刺机构爆炸视图图8机械臂穿刺不动点示意图图中：1底座，2摆位关节，3机械臂，4柔性针穿刺机构，1
‑
1升降机构，1
‑
2旋转机构，1
‑1‑
1内筒，1
‑1‑
2外筒，1
‑1‑
3丝杠螺母机构，1
‑1‑
4孔一，1
‑1‑
5孔二，1
‑1‑
6孔三，1
‑2‑
1旋转电机，1
‑2‑
2转接法兰，1
‑2‑
3带轮一，1
‑2‑
4带轮二，2
‑
1臂连接座，2
‑
2臂旋转电机座，2
‑
3臂旋转电机，2
‑
4锥齿轮一，2
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5锥齿轮二，2
‑
6俯仰电机座，2
‑
7支撑轴，2
‑
8俯仰电机，2
‑2‑
1轴承孔，2
‑2‑
2一侧面设有台阶轴，3
‑
1后臂，3
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2中臂，3
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3前臂，3
‑1‑
1后臂外壳，3
‑1‑
2臂电机，3
‑1‑
3谐波减速器，3
‑2‑
1中臂架，3
‑2‑
2中臂连杆，3
‑2‑
3中臂传动轴，3
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1前臂架，3
‑3‑
2前臂连杆，3
‑3‑
3前臂传动轴，3
‑3‑
4柔性针导向轮，4
‑
1柔性针外壳，4
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2针进给机构，4
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3针旋转机构，4
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4柔性针，4
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5柔性针导管。
具体实施方式
[0010]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本专利技术。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。
[0011]如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8所示，本专利技术具体实施方式采用以下技术方案：一种多自由度机械臂调整入针角度的柔性针穿刺装置，其组成包括：1底座，2摆位关节，3机械臂，4柔性针穿刺机构；其特征在于，所述的1底座组成包括：1
‑
1升降机构，1
‑
2旋转机构；1
‑
1升降机构组成包括：1
‑1‑
1内筒，1
‑1‑
2外筒，1
‑1‑
3丝杠螺母机构；1
‑1‑
1内筒、1
‑1‑
2外筒通过导轨上下套合而成，1
‑1‑
3丝杠螺母机构连接1
‑1‑
1内筒与1
‑1‑
2外筒，由电机驱动，带动外筒做垂直直线运动；1
‑
2旋转机构组成包括：1
‑2‑
1旋转电机，1
‑2‑
2转接法兰，1
‑2‑
3带轮一，1
‑2‑
4带轮二；1
‑2‑
1旋转电机安装到1
‑1‑
2外筒上，1
‑2‑
2转接法兰通过轴承安装到1
‑1‑
2外筒上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多自由度机械臂调整入针角度的柔性针穿刺装置，其组成包括：底座（1）,摆位关节（2），机械臂（3），柔性针穿刺机构（4）；其特征在于，所述的底座（1）其组成包括：升降机构（1
‑
1），旋转机构（1
‑
2）；升降机构（1
‑
1）其组成包括：内筒（1
‑1‑
1），外筒（1
‑1‑
2），丝杠螺母机构（1
‑1‑
3），外筒（1
‑1‑
2）上设有孔一（1
‑1‑
4），孔二（1
‑1‑
5），孔三（1
‑1‑
6）；内筒（1
‑1‑
1）、外筒（1
‑1‑
2）通过导轨上下套合而成，丝杠螺母机构（1
‑1‑
3）通过轴承安装到孔二（1
‑1‑
5）上，电机通过联轴器与丝杠相连；旋转机构（1
‑
2）组成包括：旋转电机（1
‑2‑
1），转接法兰（1
‑2‑
2），带轮一（1
‑2‑
3），带轮二（1
‑2‑
4）；旋转电机（1
‑2‑
1）通过螺钉安装到外筒（1
‑1‑
2）中孔一（1
‑1‑
4）中，转接法兰（1
‑2‑
2）通过轴承安装到孔三（1
‑1‑
6）中，带轮一（1
‑2‑
3）固定到旋转电机（1
‑2‑
1）输出轴，带轮二（1
‑2‑
4）固定到转接法兰（1
‑2‑
2）上，带轮一（1
‑2‑
3）与带轮二（1
‑2‑
4）通过同步带串联，丝杠螺母机构（1
‑1‑
3）从带轮中穿过；摆位关节（2）其组成包括：臂连接座（2
‑
1），臂旋转电机座（2
‑
2），臂旋转电机（2
‑
3），锥齿轮一（2
‑
4），锥齿轮二（2
‑
5），俯仰电机座（2
‑
6），支撑轴（2
‑
7），俯仰电机（2
‑
8）；臂旋转电机座（2
‑
2）为方形管结构，一端面设有轴承孔（2
‑2‑
1），一侧面设有台阶轴（2
‑2‑
2），台阶轴（2
‑2‑
2）端面设有两圈螺纹孔；臂旋转电机（2
‑
3）安装到臂旋转电机座（2
‑
2）内部，臂连接座（2
‑
1）安装到臂旋转电机（2
‑
3）输出法兰上；支撑轴（2
‑
7）端面设有一圈沉孔，俯仰电机座（2
‑
6）下部为方筒、上部为圆筒结构，圆筒两端面设有轴承孔；锥齿轮一（2
‑
4）安装到臂旋转电机座（2
‑
2）的台阶轴（2
‑2‑
2）外圈螺纹孔上，支撑轴（2
‑
7）通过轴承穿过俯仰电机座（2
‑
6）并通过螺钉安装到臂旋转电机座（2
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2）侧面台阶轴（2
‑2‑
2）内圈螺纹孔上；俯仰电机座（2
‑
6）内部安装俯仰电机（2
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8），锥齿轮二（2
‑
5）固定到俯仰电机（2
‑
8）输出轴上；锥齿轮一（2
‑
4）与锥齿轮二（2
‑
5）啮合；摆位关节（2）安装到转接法兰（1
‑2‑
2）上，机械臂（3）安装到臂连接座（2
‑
1）上；底座（1）中升降机构（1
‑
1）调整机械臂（3）高度位姿，旋转机构（1
‑
2）调机械臂（3）方向位姿；俯仰机构（2）中俯仰电机（2
‑
8）调整机械臂（3）俯仰位姿，臂旋转电机（2
‑
3）调整机械臂（3）横滚位姿。2.根据权利要求1所述的一种多自由度机械臂调整入针角度的柔性针穿刺装置，其特征在于，机械臂（3）组成包括：后臂（3
‑
1），中臂（3
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2），前臂（3
‑
3）；后臂（3
‑
1）组成包括：后臂外壳（3
‑1‑
1），臂电机（3
‑1‑
2），谐波减速器（3
‑1‑
3）；后臂外壳（3
‑1‑
1）靠近底座（1）一侧安装臂电机（3
‑1‑
2），另一侧安装谐波减速器（3
‑1‑
3），臂电机（3
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵燕江，裴炎义，张永德，陈银，赵盛旭，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：