微創血管介入手術機器人推進機構的製作方法

2023-06-15 07:17:41

專利名稱：微創血管介入手術機器人推進機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種醫療設備領域的微創血管介入手術機器人，尤其涉及一種微創血管介入手術機器人推進機構。
背景技術：
傳統的血管介入手術由醫生人工完成，存在著明顯的弊端，比如醫生在射線環境下工作，長期操作對身體傷害很大；現有手術方法技巧性強，風險性高，專科醫生手術培訓時間長；由於操作複雜、手術時間長，醫生疲勞和人手操作不穩定等因素會直接影響手術質量，進而影響患者生存質量等。近年來，醫療機器人的研究和開發力度越來越大，臨床應用的醫療機器人也越來越多，現有技術中，微創血管介入手術機器人推進機構的推進原理採用摩擦滾輪的摩擦力來推送導管。上述現有技術至少存在以下缺點在推送過程中不可避免的要產生滑移，而且導管在運行過程中還要帶動檢測機構，檢測機構的運動是靠導管帶動從動摩擦滾輪來運動的，這就會使導管的運動精度降低。

發明內容
本發明的目的是提供一種精度高的能在血管介入手術中實現對導管或導絲軸向推進和周向旋轉的微創血管介入手術機器人推進機構。本發明的目的是通過以下技術方案實現的本發明的微創血管介入手術機器人推進機構，用於微創血管介入手術機器人的末端執行器，包括用於推進導管或導絲的軸向進給部件和用於改變導管或導絲旋轉方向的周向旋轉部件；所述周向旋轉部件包括旋轉模塊步進電機、一對外嚙合齒輪、前旋轉盤和後旋轉盤、連杆；所述前旋轉盤與後旋轉盤通過所述連杆連接形成一個旋轉筒體，所述旋轉模塊步進電機通過所述外嚙合齒輪驅動所述旋轉筒體；所述軸向進給部件包括兩個對稱固定在所述前旋轉盤和後旋轉盤上的軸向進給模塊，所述軸向進給模塊包括進給模塊步進電機、導軌、絲槓、夾緊模塊，所述夾緊模塊設置在所述導軌上與所述絲槓嚙合，所述絲槓由所述進給模塊步進電機驅動，所述導軌的兩端分別設有限位開關。 由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明的微創血管介入手術機器人推進機構，由包括用於推進導管或導絲的軸向進給部件和用於改變導管或導絲旋轉方向的周向旋轉部件；軸向進給部件包括兩個軸向進給模塊，並由夾緊模塊夾持導管或導絲；周向旋轉部件包括一對外嚙合齒輪和一個旋轉筒體，軸向進給模塊固定在前後旋轉盤上。能在血管介入手術中實現對導管或導絲軸向推進和周向旋轉，結構簡單、使用方便、精度高。


圖1為本發明微創血管介入手術機器人推進機構的總體結構示意圖；圖2為本發明中軸向進給模塊的結構示意圖；圖3為本發明中夾緊模塊的結構示意圖。圖中1底板，2前支架，3旋轉模塊電機座，4旋轉模塊步進電機，5主動齒輪，6被動齒輪，7前旋轉盤，8軸向進給模塊，9後旋轉盤，10連杆，11後支架；12導軌，13進給模塊步進電機，14進給模塊電機座，15前限位開關，16夾緊模塊， 17絲槓，18後限位開關，19絲槓支撐座；20舵機，21左齒輪杆，22左連接杆，23左夾持杆，24左墊片，25右墊片，沈右夾持杆，27右連接杆，28機架，29右齒輪杆，30夾緊模塊螺母。
具體實施例方式下面將結合附圖對本發明實施例作進一步地詳細描述本發明的微創血管介入手術機器人推進機構，用於微創血管介入手術機器人的末端執行器，其較佳的具體實施方式
是包括用於推進導管或導絲的軸向進給部件和用於改變導管或導絲旋轉方向的周向旋轉部件；所述周向旋轉部件包括旋轉模塊步進電機、一對外嚙合齒輪、前旋轉盤和後旋轉盤、連杆；所述前旋轉盤與後旋轉盤通過所述連杆連接形成一個旋轉筒體，所述旋轉模塊步進電機通過所述外嚙合齒輪驅動所述旋轉筒體；所述軸向進給部件包括兩個對稱固定在所述前旋轉盤和後旋轉盤上的軸向進給模塊，所述軸向進給模塊包括進給模塊步進電機、導軌、絲槓、夾緊模塊，所述夾緊模塊設置在所述導軌上與所述絲槓嚙合，所述絲槓由所述進給模塊步進電機驅動，所述導軌的兩端分別設有限位開關。所述夾緊模塊包括由舵機驅動的四桿機構，所述四桿機構包括一對相互嚙合的齒輪杆，所述齒輪杆的前端鉸接有夾持杆，所述夾持杆的中部通過連接杆與機架連接，其中一個齒輪杆與所述舵機連接。該推進機構還包括用於與下部支撐臂連接的接口，該推進機構的底部裝有整個機器人空間的標記點。本發明中，軸向進給模塊上的夾緊模塊夾緊導管或導絲，通過絲槓的前進、後退來驅使夾緊模塊前進、後退，進而帶動導管或導絲軸向進給或後退；導管或導絲的周向旋轉通過夾緊模塊來夾緊導管和導絲，由於軸向進給部件固結於旋轉筒體內，所以旋轉筒體的旋轉直接驅使進給部件旋轉，進而實現導管或導絲旋轉方向的改變。周向旋轉部件包括步進電機，一對外嚙合的齒輪，前後兩個旋轉盤和連接旋轉盤的三根連杆組成；被動齒輪與前旋轉盤固定，前後兩個旋轉盤由三根連杆連接形成旋轉筒體，通過步進電機驅動主動齒輪，主動齒輪帶動被動齒輪旋轉，帶動旋轉筒體做旋轉運動。軸向進給模塊有步進電機驅動，通過絲槓把步進電機的旋轉運動轉換為夾緊模塊的直線運動。夾緊模塊在做直線運動的同時夾緊導管或導絲，進而實現導管或導絲的直線進給運動。
具體軸向進給部件可以包括兩個相對稱的進給模塊，進給模塊包括步進電機、導軌、絲槓、限位開關、夾緊模塊；步進電機帶動絲槓進行旋轉運動，絲槓通過夾緊模塊螺母把旋轉運動轉化為夾緊模塊的直線運動，夾緊模塊通過舵機的驅動實現四桿機構的張合，夾緊導管或導絲，實現導管或導絲的軸向進給運動；當一個夾緊模塊處於張開狀態時，另一個夾緊模塊就處於閉合夾緊狀態，兩者運動方向相反，當夾緊模塊運動到絲槓末端時，會碰到限位開關，改變夾緊模塊的運動方向；夾緊模塊的夾持及鎖定是由舵機驅動四桿機構來實現，所以夾緊模塊具備針對不同型號導管或導絲的自適應功能。本發明的微創血管介入手術機器人推進機構還包括用於與下部機械臂連接的簡易接口，同時其底部裝有整個機器人空間的標記點。推進機構模塊化的設計能夠實現方便快捷的拆卸，同時有利於系統的集成。下面通過具體實施例，並結合附圖對本發明做進一步說明。如圖1所示，本發明的微創血管介入手術機器人推進機構包括支撐平臺、進給部件、旋轉部件以及旋轉驅動部件等部分。其中，支撐平臺包括底板1、前支架2、後支架11等；軸向進給部件包括兩個軸向進給模塊；旋轉驅動部件包括電機座3、步進電機4、主動齒輪5、被動齒輪6等，電機和主動齒輪間通過緊定螺釘來實現動力的傳遞；旋轉部件包括前旋轉盤7、後旋轉盤9、連杆10、進給模塊8等，其中兩個進給模塊固定在前後兩個旋轉盤上，兩個旋轉盤通過連杆連接固定形成旋轉筒體，同時保證進給模塊上的夾緊模塊的夾緊中心軸線與旋轉盤的中心軸線同軸， 前後旋轉盤通過兩個滾動軸承與前後支架相連接，保證了旋轉筒體的旋轉運動；如圖2所示，本發明的軸向進給模塊包括電機座14、步進電機13、絲槓17、絲槓支撐座19、夾緊模塊16、導軌12等，進給模塊通過導軌固定在旋轉部件的前後旋轉盤上。如圖3所示軸向進給模塊包括一個夾緊模塊，夾緊模塊包括夾緊模塊螺母30，舵機20，四桿機構(21-29)等，舵機的運動驅動右齒輪杆運動，帶動左齒輪杆運動，進而帶動兩夾持杆的閉合與開啟，最終實現導管或導絲的夾緊和鬆開。本發明中的微創血管介入手術機器人推進機構主要是為了把導管或導絲推進到病灶區域輔助醫生完成介入手術，解決現有手術過程中醫生和病人過多遭受輻射等問題。 本推進機構結構緊湊、體積小、重量輕；模塊化設計便於拆卸和維護；另外，該推進機構還能實現對不同型號導管或導絲的推進；同時本發明還增加了視覺功能，很大程度上提高了機構的可靠性及手術的安全性能。手術時，首先由醫生將導絲前端通過血管鞘送入病體，然後由本發明的推進機構完成導管或導絲在病體內的推進直到到達病灶區域，避免了醫生過多的輻射。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求書的保護範圍為準。
權利要求
1.一種微創血管介入手術機器人推進機構，用於微創血管介入手術機器人的末端執行器，其特徵在於，包括用於推進導管或導絲的軸向進給部件和用於改變導管或導絲旋轉方向的周向旋轉部件；所述周向旋轉部件包括旋轉模塊步進電機、一對外嚙合齒輪、前旋轉盤和後旋轉盤、連杆；所述前旋轉盤與後旋轉盤通過所述連杆連接形成一個旋轉筒體，所述旋轉模塊步進電機通過所述外嚙合齒輪驅動所述旋轉筒體；所述軸向進給部件包括兩個對稱固定在所述前旋轉盤和後旋轉盤上的軸向進給模塊， 所述軸向進給模塊包括進給模塊步進電機、導軌、絲槓、夾緊模塊，所述夾緊模塊設置在所述導軌上與所述絲槓嚙合，所述絲槓由所述進給模塊步進電機驅動，所述導軌的兩端分別設有限位開關。
2.根據權利要求1所述的微創血管介入手術機器人推進機構，其特徵在於，所述夾緊模塊包括由舵機驅動的四桿機構，所述四桿機構包括一對相互嚙合的齒輪杆，所述齒輪杆的前端鉸接有夾持杆，所述夾持杆的中部通過連接杆與機架連接，其中一個齒輪杆與所述舵機連接。
3.根據權利要求1或2所述的微創血管介入手術機器人推進機構，其特徵在於，該推進機構還包括用於與下部支撐臂連接的接口，該推進機構的底部裝有整個機器人空間的標記點。
全文摘要
本發明公開了一種微創血管介入手術機器人推進機構，用於微創血管介入手術機器人的末端執行器，包括軸向進給部件和周向旋轉部件，軸向進給部件包括兩個對稱的軸向進給模塊，軸向進給模塊包括電機、導軌、絲槓、夾緊模塊、限位開關；夾緊模塊夾緊導管或導絲並通過絲槓沿著導軌做直線運動，當夾緊模塊接觸到限位開關時將改變其運動方向。周向旋轉部件包括電機、一對外嚙合齒輪、旋轉盤、連杆；前後旋轉盤通過連杆的連接形成一個旋轉筒體，兩個軸向進給模塊分別固定在前後旋轉盤上；旋轉筒體旋轉帶動軸向進給部件旋轉，實現導管或導絲旋轉方向的改變。能夠夾持和推進不同型號的導管或導絲，模塊化的設計便於拆卸和消毒。
文檔編號A61B19/00GK102210610SQ20111006531
公開日2011年10月12日 申請日期2011年3月17日 優先權日2011年3月17日
發明者劉登嶺, 劉達, 宋虎, 王田苗 申請人:北京航空航天大學