【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医疗器械，具体涉及一种仿啄木鸟觅食的乳腺穿刺机器人。
技术介绍
1、2022年，乳腺癌患病人数超过肺癌，成为全球第一大癌症，乳腺穿刺机器人的研发有助于医生更好的完成乳腺穿刺手术。穿刺精度是评价乳腺穿刺介入手术的首要标准，针与组织之间的相互作用力则是影响穿刺精度的重要因素。更为完善的乳腺穿刺机器人结构设计，能更好的提高穿刺精度。现阶段的乳腺穿刺机器人多为单侧腺体或者单个腺体穿刺，机器人工作空间有限，可供医生选择的入针点较少。现阶段的穿刺针主要分为刚性针与柔性针两种，其中刚性针刚性较大，控制简单，但是难以精确避开血管、敏感器官和骨骼等障碍，会对患者造成一定的损伤，影响穿刺介入的精度。柔性针能够很好的避开障碍，但同时由于针与组织之间复杂的相互作用力，尤其是刺破皮肤时的穿刺力，使得柔性针在刺破皮肤层时会发生较大的弯曲变形，影响穿刺精度。
技术实现思路
1、本专利技术设计了一种仿啄木鸟觅食的乳腺穿刺机器人，以解决上述
技术介绍
中存在的问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
3、采用模块化设计，将一种仿啄木鸟觅食的乳腺穿刺机器人分为治疗床、穿刺模块、乳腺固定模块和位姿调整模块。一种仿啄木鸟觅食的乳腺穿刺机器人大大增加了乳腺穿刺机器人的工作空间，有效减小了乳腺穿刺时由于穿刺针进针带来的靶点位移以及软组织变形，提高了乳腺穿刺的精度。
4、进一步地，所述穿刺模块，受到啄木鸟觅食过程的启发，用刚性外针模拟啄木鸟的喙，柔性内针模拟啄
5、进一步地，所述刚性外针由摩擦轮带动同步带实现快速进针，摩擦轮共三个，其中主动摩擦轮提供动力，带动同步带快速移动，实现刚性外针快速进针；主动摩擦轮两侧各有一个被动摩擦轮，用以实现同步带张紧，使得传动更加平稳，精度更高。
6、进一步地，所述乳腺固定模块，采用三指式夹具与超声探头配合，其中，三指式夹具具有进给和旋转两个自由度，超声探头具有进给和升降两个自由度，两者相互配合，能够对不同尺寸的乳腺腺体进行固定，减小靶点偏移以及组织变形。
7、进一步地，所述三指式夹具模仿人的手指，弧度自然，能够很好的贴合乳腺腺体，夹持更加稳定。
8、进一步地，所述位姿调整模块由底部转台以及差动式剪叉机构组成，差动式剪叉机构搭载于底部转台，可以360°旋转，能够对两侧腺体实施手术，不需要患者术中改变体位，大大增加了手术机器人的工作空间。
9、进一步地，所述位姿调整模块采用差动式剪叉机构实现穿刺模块的升降及俯仰，剪叉架一端通过支撑杆与穿刺底板转动连接，另一端通过铰链与丝杠滑台连接，两组丝杠差动，带动剪叉架形成不同的角度，俯仰及升降。
10、进一步地，所述丝杠滑台一侧孔为螺纹孔，用以与丝杠啮合，另一侧孔为光滑孔，起到支撑作用。同侧丝杠滑台同时向中间或者两侧移动，两组剪叉架的转动中心始终位于支撑杆中间，使得机构运动更加平稳，穿刺精度更高。
11、一种仿啄木鸟觅食的乳腺穿刺机器人的使用方法包括如下步骤：
12、手术前准备：患者俯卧在治疗床上，医生根据超声图像确定患者癌细胞位置以及最佳进针点，并初步确定穿刺路径。
13、手术过程：确定一种仿啄木鸟觅食的乳腺穿刺机器人的穿刺模块、乳腺固定模块以及位姿调整模块的初始位置；驱动乳腺固定模块的三指式夹具以及超声探头靠近并固定腺体；驱动位姿调整模块的底部转台转动，进行一级定位，驱动差动式剪叉机构调整穿刺模块的高度以及俯仰角度，进行二级定位，驱动穿刺模块的整体丝杠使得穿刺针靠近进针点，进行三级定位；驱动穿刺模块的主动摩擦轮高速转动，带动刚性外针快速进针刺破皮肤层；主动摩擦轮停止转动，刚性外针停止进给；驱动穿刺模块的柔性内针丝杠以及伺服电机，结合超声图像，实时调整柔性内针的进给速度以及转速，形成不同的进针路径，最终到达靶点进行手术；驱动穿刺模块的柔性内针丝杠、伺服电机和摩擦轮，将穿刺针退出人体。
14、手术后：手术结束后，驱动乳腺固定模块的三指式夹具以及超声探头释放腺体；将一种仿啄木鸟觅食的乳腺穿刺机器人的穿刺模块、乳腺固定模块以及位姿调整模块恢复到初始位置，以便下次手术使用。
15、由于采用了上述技术方案，本专利技术相对现有技术来说，取得的技术进步是：
16、1.采用刚性针内套柔性针的形式，由刚性外针快速进针刺破皮肤层，再由柔性针进针到达靶点完成手术，利用刚性外针的特性，实现穿刺力与组织变形最小化；利用柔性内针的特点，绕开障碍实现更精准的穿刺。
17、2.采用一侧孔为螺纹孔，另一侧孔为光滑孔的丝杠滑台。同侧丝杠滑台同时向中间或者两侧移动，两组剪叉架的转动中心始终位于支撑杆中间平面，机构运动更加平稳，穿刺精度更高。
18、3.三指式夹具配合超声探头，对腺体夹持更加充分，同时超声探头实时成像，有助于医生实时调整进针路径。
19、4.底部转台与差动式双剪叉机构配合，乳腺穿刺机器人的工作空间能够覆盖双侧腺体，增大了乳腺穿刺机器人的工作空间，提高了穿刺手术的效率。
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1.一种仿啄木鸟觅食的乳腺穿刺机器人，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种仿啄木鸟觅食的乳腺穿刺机器人，其特征在于：所述主动摩擦轮(2-5)通过联轴器与伺服电机1(2-1)连接；所述摩擦轮支撑板(2-2)通过螺钉与伺服电机1(2-1)固连，通过螺钉与末端支撑板(2-16)固连，通过轴承与被动摩擦轮转轴1(2-4)、被动摩擦轮转轴2(2-8)转动连接；所述被动摩擦轮转轴1(2-4)与被动摩擦轮1(2-3)转动连接；所述被动摩擦轮转轴2(2-8)与被动摩擦轮2(2-7)转动连接；所述同步带(2-14)左端与刚性外针进给块(2-19)首端固连，之后沿与刚性外针进给块(2-19)上表面平行的方向延伸绕被动摩擦轮1(2-3)下方沿伸，进一步绕过主动摩擦轮(2-5)上方，同步带(2-14)绕过主动摩擦轮(2-5)沿被动摩擦轮2(2-7)下方贴近刚性外针进给块(2-19)，沿着刚性外针进给块(2-19)上表面平行方向至刚性外针进给块(2-19)尾端进行固定；所述刚性外针进给块(2-19)与光杠(2-15)滑动连接，与刚性外针(2-18)固连；所述柔性内针(2-17)与柔性内针
3.根据权利要求1所述的一种仿啄木鸟觅食的乳腺穿刺机器人，其特征在于：所述三指式夹具进给滑块(3-4)、手指架(3-15)、一号手指(3-12)、二号手指(3-14)、三号手指(3-17)、超声探头进给滑块(3-18)、超声探头升降丝杠(3-24)、丝杠滑块(3-23)以及超声探头(3-25)数量均为两个，呈左右对称；所述三指式夹具进给滑块(3-4)带有滑槽，与夹具顶板(3-3)滑动连接，且带有齿条；所述夹具齿轮1(3-5)与夹具顶板(3-3)的齿条啮合；所述伺服电机5(3-1)通过螺钉与三指式夹具电机架1(3-2)连接，通过联轴器与夹具齿轮1(3-5)连接，驱动夹具齿轮1(3-5)转动；所述夹具电机架1(3-2)通过螺钉与夹具顶板(3-3)连接；所述夹具齿轮2(3-8)通过夹具齿轮轴2(3-7)与三指式夹具进给滑块(3-4)转动连接，通过联轴器与伺服电机13连接；所述夹具齿轮3(3-10)通过夹具齿轮轴3(3-9)与三指式夹具进给滑块(3-4)、手指架(3-15)转动连接，夹具齿轮3(3-10)与夹具齿轮2(3-8)啮合；所述一号手指(3-12)与一号手指架(3-11)固连；所述一号手指架(3-11)通过螺钉螺母与手指架(3-15)固连；所述二号手指(3-14)与二号手指架(3-13)固连；所述二号手指架(3-13)通过螺栓与手指架(3-15)固连；所述三号手指(3-17)与三号手指架(3-16)固连；所述三号手指架(3-16)通过螺栓与手指架(3-15)固连；所述超声探头进给滑块(3-18)带有齿条与夹具齿轮4(3-20)啮合；所述夹具电机架2(3-21)通过螺钉与夹具顶板(3-3)固连，通过螺钉与伺服电机6(3-19)固连；伺服电机6(3-19)通过联轴器与夹具齿轮4(3-20)转动连接；所述丝杠架(3-22)通过螺钉与超声探头进给滑块(3-18)固连，通过螺钉与伺服电机7(3-26)固连，通过轴承与丝杠(3-24)转动连接；所述丝杠(3-24)与丝杠滑台(3-23)滑动连接；所述丝杠滑台通过螺钉与超声探头(3-25)固连。
4.根据权利要求1所述的一种仿啄木鸟觅食的乳腺穿刺机器人，其特征在于：所述转台(4-2)通过螺钉与齿轮轴1(4-3)固连；所述齿轮轴1(4-3)与齿轮1(4-4)键连接，与轴承(4-5)内圈接触；所述端盖(4-6)通过螺钉与外壳(4-1)固连，与轴承(4-5)外圈接触；所述伺服电机8(4-9)通过联轴器与齿轮轴2(4-7)连接，通过螺钉与外壳(4-1)固连；所述齿轮2(4-8)与齿轮...
【技术特征摘要】
1.一种仿啄木鸟觅食的乳腺穿刺机器人，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种仿啄木鸟觅食的乳腺穿刺机器人，其特征在于：所述主动摩擦轮(2-5)通过联轴器与伺服电机1(2-1)连接；所述摩擦轮支撑板(2-2)通过螺钉与伺服电机1(2-1)固连，通过螺钉与末端支撑板(2-16)固连，通过轴承与被动摩擦轮转轴1(2-4)、被动摩擦轮转轴2(2-8)转动连接；所述被动摩擦轮转轴1(2-4)与被动摩擦轮1(2-3)转动连接；所述被动摩擦轮转轴2(2-8)与被动摩擦轮2(2-7)转动连接；所述同步带(2-14)左端与刚性外针进给块(2-19)首端固连，之后沿与刚性外针进给块(2-19)上表面平行的方向延伸绕被动摩擦轮1(2-3)下方沿伸，进一步绕过主动摩擦轮(2-5)上方，同步带(2-14)绕过主动摩擦轮(2-5)沿被动摩擦轮2(2-7)下方贴近刚性外针进给块(2-19)，沿着刚性外针进给块(2-19)上表面平行方向至刚性外针进给块(2-19)尾端进行固定；所述刚性外针进给块(2-19)与光杠(2-15)滑动连接，与刚性外针(2-18)固连；所述柔性内针(2-17)与柔性内针挡板(2-20)固连，通过螺钉与伺服电机2(2-9)固连，通过丝杠螺母与柔性针丝杠(2-11)转动连接；所述柔性内针(2-17)有伺服电机2(2-9)连接，由伺服电机2(2-9)实现转动；所述柔性针丝杠(2-11)左端通过轴承与末端支撑板(2-16)和末端电机支撑架(2-12)转动连接，通过联轴器与伺服电机3(2-13)连接；所述末端电机支撑架(2-12)通过螺钉与末端支撑板(2-16)固连，通过螺钉与伺服电机3(2-13)固连，同时与光杠(2-15)、光杠(2-10)右端固连；所述末端支撑板(2-16)与光杠1(2-15)、光杠2(2-10)左端固连，与整体丝杠(2-22)螺纹连接；所述整体丝杠(2-22)左端通过轴承与进针机构支撑板(2-21)和电机支撑板(2-23)转动连接，右端通过联轴器与伺服电机4(2-24)连接；所述电机支撑板(2-23)通过螺钉与伺服电机4(2-24)和进针机构支撑板(2-21)固连。
3.根据权利要求1所述的一种仿啄木鸟觅食的乳腺穿刺机器人，其特征在于：所述三指式夹具进给滑块(3-4)、手指架(3-15)、一号手指(3-12)、二号手指(3-14)、三号手指(3-17)、超声探头进给滑块(3-18)、超声探头升降丝杠(3-24)、丝杠滑块(3-23)以及超声探头(3-25)数量均为两个，呈左右对称；所述三指式夹具进给滑块(3-4)带有滑槽，与夹具顶板(3-3)滑动连接，且带有齿条；所述夹具齿轮1(3-5)与夹具顶板(3-3)的齿条啮合；所述伺服电机5(3-1)通过螺钉与三指式夹具电机架1(3-2)连接，通过联轴器与夹具齿轮1(3-5)连接，驱动夹具齿轮1(3-5)转动；所述夹具电机架1(3-2)通过螺钉与夹具顶板(3-3)连接；所述夹具齿轮2(3-8)通过夹具齿轮轴2(3-7)与三指式夹具进给滑块(3-4)转动连接，通过联轴器与伺服电机13连接；所述夹具齿轮3(...
【专利技术属性】
技术研发人员：张为玺，徐艳杰，于佳兴，鲁喜坤，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：
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