一种并联六自由度穿刺机器人制造技术

本发明专利技术提供了一种并联六自由度穿刺机器人，涉及医疗设备技术领域。包括：Z轴移动模组、并联模组、穿刺针进给模组、穿刺针旋转模组、以及穿刺固定针模组，其中：并联模组设置在Z轴移动模组的前端；穿刺针进给模组设置在并联模组前端；穿刺针固定模组设置在穿刺针进给模组前端；穿刺针旋转模组设置在穿刺针固定模组上，与穿刺针进给模组连接。本发明专利技术基于一种并联机构实现了穿刺针导向定位、角度调整、以及穿刺针进给操作，具有灵活性高、精度高、结构紧凑等优点；通过更换其它的末端工具，本机器人也可实现其它的操作作业。实现其它的操作作业。实现其它的操作作业。

【技术实现步骤摘要】
一种并联六自由度穿刺机器人


[0001]本专利技术涉及医疗设备
，具体是涉及一种并联六自由度穿刺机器人。

技术介绍

[0002]医疗机器人技术是集医学、机械学、计算机图形学、机器人等诸多学科为一体的新型交叉研究领域，其中，机器人辅助手术是医疗机器人技术的重要领域之一。图像引导的穿刺手术是诊断和治疗肿瘤的重要手段，在超声、CT、MRI等医学图像引导下，将穿刺针经皮刺入软组织病灶靶区，进行活检取样、放射性粒子植入、消融治疗等操作。但手工经皮穿刺手术也存在着高度依赖医生经验、引导架限制穿刺路径选择、病灶位置漂移难以准确刺中靶点等问题。机器人凭借其可靠的精确性、稳定性和安全性成为了解决手工穿刺手术发展问题的理想途径。
[0003]经检索，申请号为202210340194.4的中国专利技术专利，名称为“小型化穿刺机器人”，通过联合驱动两层驱动组件的第一直线运动机构和第二直线运动机构，来引导穿刺针的入针位置和姿态。该方案使用四个直线运动机构实现穿刺针导向控制，驱动器数量较多，控制复杂；且该方案只能实现穿刺针的定位，无法自主完成送针、旋转操作，自动化程度有限。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供并联六自由度穿刺机器人，不但能够实现穿刺针的定位、导向工作，实现穿刺针的旋转、进给操作，而且具有工作空间紧凑的优点，提高机器人工作的灵活性。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采取了如下技术方案：
[0006]一种并联六自由度穿刺机器人，包括：Z轴移动模组、并联模组、穿刺针进给模组、穿刺针旋转模组、以及穿刺针固定模组，其中：所述并联模组设置在Z轴移动模组的前端；所述穿刺针进给模组设置在并联模组前端；所述穿刺针固定模组设置在穿刺针进给模组前端；所述穿刺针旋转模组设置在穿刺针固定模组上，与穿刺针进给模组连接。
[0007]进一步的，所述Z轴移动模组包括第一支撑底座、电机、直线导轨、直线模组丝杠和直线滑动部件；所述直线导轨设置在第一支撑底座左右两侧；所述直线模组丝杠安装在第一支撑底座上；所述直线模组丝杠和电机动力连接；所述直线滑动部件和直线导轨滑动连接且直线滑动部件和直线模组丝杠螺接。
[0008]进一步的，所述并联模组包括第二支撑底座、第一伺服推杆、第一转动副、安装架、转轴、第二转动副和并联机构末端支架；所述第二支撑底座和第一支撑底座固定连接；所述第一伺服推杆设有三组，其中一组第一伺服推杆安装在第二支撑底座上，另外两组和转轴铰接；所述安装架安装在第二支撑底座上方；所述第一转动副安装在第二支撑底座上的第一伺服推杆的另一端；所述第二转动副安装在和转轴铰接的两组第一伺服推杆另一端；所述安装架上端开有通孔；所述转轴安装在安装架上且和通孔同心配合；所述并联机构末端支架由并联机构末端支架主体、带轴底座一和带轴底座二组成；所述并联机构末端支架主
体分别与带轴底座一和带轴底座二铰接；所述带轴底座二的轴端面和第一转动副连接；所述带轴底座一的轴端面和第二转动副连接。
[0009]进一步的，所述第一伺服推杆包括推杆底座、第一电机支架、第一电机、预紧底座、第一丝杠和第一滑块；所述第一电机支架安装在推杆底座上方；所述第一电机安装在第一电机支架上；所述推杆底座内部开有空腔；所述第一丝杠和第一滑块设置于推杆底座的空腔内；所述第一滑块上设有螺纹孔；所述第一滑块通过螺纹孔和第一丝杠螺接；所述第一电机上动力连接有主动带轮；所述第一丝杠上连接有从动带轮；所述主动带轮通过同步带和从动带轮连接；所述预紧底座底部设有凹槽轨道，侧面设有限位挡板；所述限位挡板上设有螺纹孔；所述限位挡板通过螺纹孔螺接有预紧螺栓
[0010]进一步的，所述穿刺针进给模组包括第二伺服推杆、六维力矩传感器、穿刺针支架和六棱柱柱销；所述六维力矩传感器一端和穿刺针支架固定连接，另一端和穿刺针固定模组铰接；所述穿刺针支架一端与六维力矩传感器固定连接，另一端和第一滑块固定连接；所述六棱柱柱销设置在第二伺服推杆下方；所述并联机构末端支架前端设有六棱形柱销槽；所述六棱柱柱销插入并联机构末端支架上的六棱形柱销槽中。
[0011]进一步的，所述第二伺服推杆包括下半部分底座、上半部分底座、第二丝杠、第二滑块和第二电机；所述上半部分底座安装在下半部分底座上方；所述下半部分底座与所述上半部分底座内部均设有空腔；所述第二丝杠和第二滑块设置于下半部分底座与上半部分底座的内腔中；所述第二滑块上设有螺纹孔；第二丝杠和第二滑块螺接；第二丝杠上连接有从动带轮；第二电机设置在下半部分底座上；第二电机上连接有主动带轮；所述主动带轮通过同步带和从动带轮连接。
[0012]进一步的，所述穿刺针旋转模组包括第二电机支架、第三电机、第三电机输出轴、第一连杆和第二连杆；所述第二电机支架设置于穿刺针固定模组上；所述第三电机设置第二电机支架上；所述第三电机输出轴和第三电机动力连接；所述第一连杆和第三电机输出轴同心配合；所述第二连杆一端与第一连杆同心配合形成转动副，另一端与穿刺针支架同心配合形成转动副。
[0013]进一步的，所述穿刺针固定模组包括固定底座、快速夹持机构和穿刺针；所述快速夹持机构和固定底座固定连接；所述快速夹持机构将穿刺针夹持在固定底座上；所述穿刺针上方设有多个红外光学定位球。
[0014]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0015]本专利技术所述的一种并联六自由度穿刺机器人，通过操作由三组伺服推杆构成的并联机构实现穿刺针固定模组的空间定位、以及导向定位，成本低，精度高。
[0016]本专利技术所述的并联六自由度穿刺机器人，结构简单，空间紧凑，能够在狭小的CT扫描孔内工作，实现在实时CT图像引导下末端穿刺机构的准确定位。
[0017]本专利技术所述的并联六自由度穿刺机器人，在通过穿刺针进给模组实现自主穿刺的基础上，还可以通过穿刺针旋转模组实现术中穿刺针的转动，完整模拟医师穿刺手术中的推进、旋捻操作，功能丰富。
[0018]此外，本专利技术所述并联六自由度穿刺机器人可根据实际需要，灵活调整设置于穿刺针进给模组后方的六棱柱柱销与六棱形柱销槽的配合角度，拓展工作空间。
附图说明
[0019]图1为本专利技术一优选实施例的整体结构示意图；
[0020]图2为本专利技术一优选实施例的整体结构示意图；
[0021]图3为本专利技术一优选实施例的穿刺针固定模组结构示意图；
[0022]图4为本专利技术一优选实施例的Z轴移动模组结构示意图；
[0023]图5为本专利技术一优选实施例的转轴结构示意图；
[0024]图6为本专利技术一优选实施例的并联机构末端支架结构示意图；
[0025]图7为本专利技术一优选实施例中的穿刺针一种姿态的结构示意图；
[0026]图8为本专利技术一优选实施例中的穿刺针一种姿态的结构示意图；
[0027]图9为本专利技术一优选实施例中的穿刺针一种姿态的结构示意图；
[0028]图10为本专利技术一优选实施例中的穿刺针一种姿态的结构示意图。
[0029]其中：I
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种并联六自由度穿刺机器人，其特征在于，包括：Z轴移动模组、并联模组、穿刺针进给模组、穿刺针旋转模组、以及穿刺针固定模组，其中：所述并联模组设置在Z轴移动模组的前端；所述穿刺针进给模组设置在并联模组前端；所述穿刺针固定模组设置在穿刺针进给模组前端；所述穿刺针旋转模组设置在穿刺针固定模组上，与穿刺针进给模组连接。2.根据权利要求1所述的一种并联六自由度穿刺机器人，其特征在于，所述Z轴移动模组包括第一支撑底座、电机、直线导轨、直线模组丝杠和直线滑动部件；所述直线导轨设置在第一支撑底座左右两侧；所述直线模组丝杠安装在第一支撑底座上；所述直线模组丝杠和电机动力连接；所述直线滑动部件和直线导轨滑动连接且直线滑动部件和直线模组丝杠螺接。3.根据权利要求2所述的一种并联六自由度穿刺机器人，其特征在于，所述并联模组包括第二支撑底座、第一伺服推杆、第一转动副、安装架、转轴、第二转动副和并联机构末端支架；所述第二支撑底座和第一支撑底座固定连接；所述第一伺服推杆设有三组，其中一组第一伺服推杆安装在第二支撑底座上，另外两组和转轴铰接；所述安装架安装在第二支撑底座上方；所述第一转动副安装在第二支撑底座上的第一伺服推杆的另一端；所述第二转动副安装在和转轴铰接的两组第一伺服推杆另一端；所述安装架上端开有通孔；所述转轴安装在安装架上且和通孔同心配合；所述并联机构末端支架由并联机构末端支架主体、带轴底座一和带轴底座二组成；所述并联机构末端支架主体分别与带轴底座一和带轴底座二铰接；所述带轴底座二的轴端面和第一转动副连接；所述带轴底座一的轴端面和第二转动副连接。4.根据权利要求3所述的一种并联六自由度穿刺机器人，其特征在于，所述第一伺服推杆包括推杆底座、第一电机支架、第一电机、预紧底座、第一丝杠和第一滑块；所述第一电机支架安装在推杆底座上方；所述第一电机安装在第一电机支架上；所述推杆底座内部开有空腔；所述第一丝杠和第一滑块设置于推杆底座的空腔内；所述第一滑块上设有螺纹孔；所述第一滑块通过螺纹孔和第一丝杠螺接；所述第一电机上动...

【专利技术属性】
技术研发人员：付庄，姚剑锋，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：