一种床体固定式柔索驱动穿刺手术机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种床体固定式柔索驱动穿刺手术机器人，包括驱动模块、传动模块、导向模块、穿刺装置、初始定位夹具、穿刺定位夹具、机架。驱动模块安装在核磁床尾部，从驱动模块输出的六条驱动绳索从核磁床两侧、上部、底部通向核磁共振仪内，绳索经过传动模块，导向模块，连接在穿刺装置上，机架位于核磁共振仪内部，六个导向模块成正六边形排布在机架上，从六个导向球输出的六条绳索交错连接在穿刺装置的上下两端，两个初始定位夹具约束穿刺针初始位置位于机架中央，穿刺定位夹具约束穿刺针在规定位置进行穿刺，本发明专利技术通过驱动模块外置和绳索传动，解决了核磁环境下驱动兼容和空间兼容问题，通过并联柔索机构实现穿刺针位姿的调整。整。整。

【技术实现步骤摘要】
一种床体固定式柔索驱动穿刺手术机器人


[0001]本专利技术涉及医疗机器人领域，特别是应用于核磁环境下的穿刺手术机器人。

技术介绍

[0002]在核磁共振成像帮助下，医生可以很好地识别病人体内的肿瘤、炎症、坏死病灶等病变，对于神经系统、胸部、腹部及四肢各种疾病的诊断提供了很大的帮助。在穿刺手术中，由于核磁共振仪内空间较小，需要多次扫描判断是否穿刺准确，并且要在核磁仪外完成穿刺手术。这一过程大大提高了手术的复杂程度，且对于医生的手术经验有较高要求，延长了不必要的手术的时间，降低了手术成功率。
[0003]目前，国内的核磁兼容的穿刺机器人研究中，一种基于仰卧位核磁兼容的乳腺活检装置(CN 207886219 U)机构采用双叉形机构来定位和穿刺，不仅实现了双侧乳腺组织在仰卧位的全方位介入治疗，并且减少了装置的占用空间，不足之处是，整体装置采用串联结构，整体手术中精度较低且输出力较小。一种基于丝传动的核磁兼容手术机器人(CN 103417303A)利用丝传导和电机外置解决了核磁环境下驱动兼容和空间兼容问题，缺点是手术作用面积较小，无法进行复杂的手术。
[0004]目前穿刺机器人要在核磁环境下进行稳定而准确的穿刺工作，需要解决驱动兼容、材料兼容和空间兼容的问题。在应对驱动兼容方面，目前机器人驱动可分为电机驱动、液压驱动和气压驱动，液压驱动容易出现泄露现象，不适于整洁的手术环境，气压驱动由于控制迟滞原因，不适于精密的手术操作，电机的铁磁性材料在核磁共振仪内会对成像产生影响，因此外置电机可以作为解决驱动兼容的有效方案；在应对空间兼容方面，由于核磁空间较为狭窄，要求机器人布局紧凑，绳索传动相对于传统的刚性构件传动，具有精度高和空间占比小的优点。在应对材料兼容方面，铁磁性材料会对核磁共振成像产生影响，而且在强大的磁场环境下，铁磁性材料容易发生危险，因此核磁共振仪内部的机器人组件应采用非铁磁性材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对现存机器人在核磁环境下工作的兼容问题，提出一种床体固定式柔索驱动穿刺手术机器人。
[0006]本专利技术提到的一种床体固定式柔索驱动穿刺手术机器人，包括绳索1、驱动模块2、传动模块3、导向模块4、机架5、穿刺装置6、初始定位夹具7、穿刺定位夹具8。其中驱动模块2安装在核磁共振仪床的尾部，从驱动模块2中输出的驱动绳索1经过传动模块3，之后到达导向模块4，导向模块4成正六边形排布在机架5上方，从导向模块4输出的六条绳索1末端交错连接在穿刺装置6上下两端，两个初始定位夹具7安装在机架5上，两夹具末端的半圆形夹持器共同约束穿刺装置6的初始位置在机架5中央。穿刺定位夹具8安装在机架5的支撑腿上，调节关节角度，使末端穿刺孔正对穿刺位置，穿刺装置6穿过穿刺孔，穿刺装置在穿刺孔约束下进行穿刺。
[0007]驱动模块2通过电机箱2
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1的两个支撑臂固定在核磁床的尾端，绳索1末端缠绕在绳轮2
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2上，绳轮2
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2固定在电机2
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3的输出轴上，电机2
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3安装在电机箱2
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1中，绳索1从驱动模块2中输出。
[0008]输出的绳索1经过传动模块3通向核磁共振仪内部的机架5，其中四条绳索按核磁床的中轴线两两对称分布在两侧，通向安装在核磁床尾部的双层导线轮3
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1，原本垂直于床面的两组绳索从不同高度水平通向核磁共振仪内部；第五条绳索通过安装在核磁床上的高层导线轮3
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2，通向核磁共振仪内部，第六条绳索安装在核磁床底部的低层导线轮3
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3，沿着床底部的导线通道通向核磁床的头部。6条通向核磁床内的驱动绳索1尾部安装有接线公头3
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1，牵引穿刺装置6的绳索头端安装有接线母头3
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2，接线公头3
‑4‑
1和接线母头3
‑4‑
2通过螺纹连接组成连接扣3
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4将驱动模块2到穿刺装置6间的绳索连接起来。
[0009]机架5安装在核磁共振仪内部，底部的四条支撑腿与核磁床紧固，从驱动模块2输出的绳索1分别从核磁床两端、上侧、底部通向机架5内，然后进入安装在机架5上方的导向球4
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2，通向机架5底部的四条绳索先经过安装在机架四条支撑腿上的方形导线轮3
‑
5和导轮3
‑
6，沿着机架支撑腿通向导向模块4，然后经过支撑架4
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1上的导线轮，绳索从导向球的入线口进入。
[0010]从核磁床底部通向头部方向的绳索，在到达核磁床头部后，经过低层导线轮3
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3，将原来平行于床面的绳索方向变为垂直于床的方向，而后到达高层导线轮3
‑
2，再将方向变为平行于床面，经过安装在支撑架4
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1上的导线轮进入导向球。
[0011]从驱动模块2输出直接连接高层导线轮3
‑
2的绳索，通过高层导线轮3
‑
2将输出方向变为平行于床面方向通向核磁共振仪内部，而后经过支撑架4
‑
1上的导线轮进入导向球。
[0012]导向模块4由支撑架4
‑
1、导向球4
‑
2、球盖4
‑
3组成。其中导向球4
‑
2内部由入线瓷眼4
‑2‑
1、出线瓷眼4
‑2‑
2、半球体4
‑2‑
3组成，入线瓷眼4
‑2‑
1安装在球心入口处，出线瓷眼4
‑2‑
2安装在球面出口处，两个半球体4
‑2‑
3闭合形成一个球扇形缺口的球体，两个瓷眼安装在两个半球体4
‑2‑
3闭合形成的内部凹槽中，绳索1从导向球4
‑
2的球扇形缺口处进入，经过球心处的入线瓷眼4
‑2‑
1，从球面处的出线瓷眼4
‑2‑
2输出，绳索1输出方向过球心。支撑架4
‑
1固定在机架5上，支撑架4
‑
1上部与球盖4
‑
3形成的球型凹槽将导向球4
‑
2的球心约束在固定位置，导向球4
‑
2定心转动，在导向球4
‑
2转动时，支撑架4
‑
1上导线轮到出线瓷眼4
‑2‑
2之间的绳索1长度始终保持不变。六个导向球4
‑
2以正六边形位置排布在机架5上方，从导向球4
‑
2输出的六条绳索1交错连接在穿刺装置6的上下两端。
[0013]穿刺装置6由穿刺针6
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1、穿刺针固定帽6
‑
2、支撑杆6
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3、端帽6
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4组成，其中穿刺针6
‑
1穿过穿刺针固定帽6
‑
2，穿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种床体固定式柔索驱动穿刺手术机器人，包括驱动模块、传动模块、导向模块、穿刺装置、初始定位夹具、穿刺定位夹具、机架。驱动模块安装在核磁床尾部，从驱动模块输出的六条驱动绳索通过连接扣与六条牵引穿刺装置的绳索相连。绳索在传动过程中，经过传动模块、导向模块连接在穿刺装置上，机架安装在核磁共振仪内部的核磁床上，六个导向模块成正六边形排布在机架上，六条牵引绳索分别从导向模块的导向球球心入线瓷眼输入，然后从球面出线瓷眼输出，出线方向始终过球心，输出的六条绳索交错连接在穿刺装置的上部和下部，两初始定位夹具末端的半圆形夹持器共同约束穿刺装置的初始位置在机架中央，调节穿刺定位夹具的关节角度，使穿刺孔正对穿刺位置，穿刺装置穿过穿刺孔，穿刺装置在穿刺孔约束下进行穿刺，从驱动模块输出的六条绳索从核磁床两端、上侧、底部通向核磁共振仪内部。2.根据权利要求1所述的一种床体固定式柔索驱动穿刺手术机器人，其特征在于，导向模块由支撑架、导向球、球盖组成。导向球由两个半球体、入线瓷眼、出线瓷眼组成，入线瓷眼安装在球心入口处，出线瓷眼安装在球面出口处，瓷眼固定在两个半球体闭合形成的内部凹槽中，两个半球体闭合形成一个球扇形缺口的球体，导向球被球盖和支撑架形成的球型凹槽定心约束在机架上方，六个导向模块在以正六边形位置排布在机架上，从导向球输出的六条绳索交错连接在穿刺装置的上部和下部。3.根据权利要求1所述的一种床体固定式柔索驱动穿刺手术机器人，其特征在于，支撑架上的导线轮安装位置正对导向球的球扇形缺口，绳索经过导线轮，从缺口处正对球心输入，经过球心入线瓷眼，从球面出线瓷眼输出，导向球定心转动，绳索定心输出，在导向球转动过程中，导线轮到出线瓷眼之间的绳索长度始终不变。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹宇鹏，张安东，孙晓伟，郭智超，顾学斌，吴祥淑，张强，张宝龙，张宗源，张际平，李万哲，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：