用于穿刺手术机器人的进针装置及穿刺手术机器人

技术领域

本发明涉及医疗领域，具体地说，用于穿刺手术机器人的进针装置及穿刺手术机器人。

背景技术

穿刺手术通过机器人系统进行操作，即穿刺手术机器人依据主机程序，将活检针、消融针等各种穿刺针刺入患者体内预先设定的位置，不仅可以实现实时的穿刺针路径引导，还能够克服人手震颤的影响，极大的提高了手术精度。

各种穿刺针执行穿刺的过程需要由安装在手术机器人机械臂末端的电动执行装置来完成，但是现有的电动执行装置由于结构不合理，在穿刺过程中穿刺针经常因偏移而出现卡住现象，导致无法实现准确穿刺的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于穿刺手术机器人的进针装置及穿刺手术机器人。

本发明中用于穿刺手术机器人的进针装置，在穿刺手术机器人的控制下用于驱动穿刺针完成进针动作，所述进针装置包括有主安装板、第一驱动装置、第二驱动装置和穿刺针夹紧装置；所述第一驱动装置、第二驱动装置和穿刺针夹紧装置固定安装在所述主安装板上；

所述穿刺针夹紧装置包括有固定支架、两块完全对称且相互闭合后用于对所述穿刺针进行限位的定位块、安装在所述固定支架上用于分别驱动所述定位块开合的第一摆臂和第二摆臂；

所述第一驱动装置包括有用于驱动位于所述穿刺针夹紧装置中穿刺针作进针动作的主动轮、从动轮、用于驱动所述主动轮转动的齿轮箱及伺服电机；

所述第二驱动装置包括有用于驱动所述第一摆臂、第二摆臂作开合动作的电动推杆、位置传感器以及用于铰链连接所述第一摆臂和第二摆臂作开合动作的铰链装置；

所述主动轮、从动轮位于两块所述定位块闭合后形成的空间内，所述主动轮、从动轮之间的间隙与两块所述定位块闭合后形成的上、下两个限位槽在同一直线上，所述穿刺针位于上、下两个所述限位槽和主动轮、从动轮之间的间隙内。

优选地，所述定位块由无毒的医用塑料一体成形，呈“冂”字形，所述定位块在两端支脚的外侧表面各设有供所述穿刺针放置的V形槽，在第一内侧面上设置有两个或两个以上与所述第一、第二摆臂插接连接的固定柱，在所述支脚的内侧表面各设置有与所述第一、第二摆臂卡接连接的卡块。

优选地，所述第一摆臂、第二摆臂均与固定安装在所述固定支架上的第一转轴转动连接，所述第一摆臂、第二摆臂由金属材料一体成形，整体呈L形，包括有定位块固定部、枢转部；所述定位块固定部与所述定位块的形状一致，与所述定位块插接贴合固定连接；所述枢转部设有供所述第一转轴设置的通孔、与所述铰链装置枢转连接的凸耳；所述第一摆臂位于所述枢转部设有与所述第二驱动装置连接的驱动臂；所述第二摆臂位于所述定位块固定部设有供所述从动轮安装的从动轮安装臂。

优选地，所述第一摆臂、第二摆臂在所述定位块固定部上设置与所述固定柱配合的沉孔，以及与所述卡块配合的卡槽。

优选地，所述从动轮安装臂与所述第二摆臂的定位块固定部一体成形，位于设置所述沉孔的背面。

优选地，所述固定柱的柱面呈锥面状。

优选地，所述第二驱动装置包括有与所述电动推杆固定连接的拨杆，所述拨杆的活动端设置有转动轴，所述转动轴与所述驱动臂活动联接，所述拨杆的固定端与所述电动推杆固定连接。

优选地，所述主动轮、从动轮为由无毒的医用塑料制成的一次性用具，并在与所述穿刺针接触位置设置有凹槽。

本发明中的进针装置将主动轮、从动轮设置在定位块的中间，在主动轮、从动轮的上、下位置均形成有穿刺针限位槽，在穿刺针进针过程中，穿刺针驱动位置上下均被限位，可以有效阻止穿刺针发生偏移，确保穿刺过程中的直线移动，不会因穿刺针偏移而发生卡住现象。

附图说明

图1是本发明中进针装置工作状态时的立体结构示意图。

图2是本发明中进针装置的立体结构示意图。

图3是本发明中进针装置去除主安装板后的立体结构示意图。

图4是本发明中夹紧装置在开启状态时的立体结构示意图。

图5是本发明中夹紧装置在闭合状态时的立体结构示意图。

图6是本发明中定位块的立体结构示意图。

图7是本发明中第一摆臂的立体结构示意图。

图8是本发明中第二摆臂的立体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。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发明的概念。本发明中涉及的“上”、“下”、“内”、“外”、“里”等等方位用语，均以图3中所示方位进行描述，仅为了方便、清楚说明技术方案，并不用于限定具体的保护范围。

在穿刺手术机器人的控制下，本发明中的进针装置可以用于驱动穿刺针完成穿刺动作，并在穿刺完成的瞬间即刻开启对穿刺针的限位，使穿刺针即刻脱离进针装置，避免穿刺针对患者身体造成伤害。

如图1和图2所示，本发明中的进针装置包括有主安装板1，第一驱动装置、第二驱动装置和穿刺针夹紧装置2。

主安装板1为一长方形金属板，厚度在0.8-1.5厘米之间，能够支撑结构光源3、相机4、第一驱动装置、第二驱动装置和穿刺针夹紧装置2的重量。主安装板1的两端侧(短边方向)分别固定安装有结构光源3、相机4，结构光源3、相机4和穿刺针夹紧装置2在安装完成后位于主安装板1同一长侧边的方向，在主安装板1的下表面形成用于安装第一驱动装置和第二驱动装置空间，整个装置的结构布局合理、紧凑。通过结构光源3、相机4以及穿刺手术机器人主机程序的精确计算，可以精确地找准穿刺针13的进针位置，结构光源3、相机4及穿刺手术机器人的主机程序由其他专利详细说明，在此不再详细说明。

主安装板1的顶面在靠近结构光源3一端固定安装有连接法兰5，通过该连接法兰5可以将本发明中的进针装置固定安装在穿刺手术机器人机械臂的末端，并在穿刺手术机器人控制系统的控制下完成穿刺动作。

如图2和图3所示，第一驱动装置2包括有伺服电机6、齿轮箱7、主动轮8和从动轮9；伺服电机6安装在主安装板1的顶部，齿轮箱7经齿轮箱固定架18固定安装在主安装板1的下表面，伺服电机6穿过主安装板1与齿轮箱7联接，齿轮箱7的输出轴10固定连接主动轮8，通过主动轮8和从动轮9对穿刺针13的驱动来完成穿刺针13的进针(穿刺)过程。

第二驱动装置包括有电动推杆11、两个对称设置的位置传感器12。其中电动推杆11经电动推杆支撑架19固定安装在主安装板1的下表面；两个位置传感器12分别在传感器固定架20上，将两个位置传感器12对称地固定安装在主安装板1的下表面，且使其中一个位置传感器12位于电动推杆11的上方，如图3所示。利用两个位置传感器12可以控制电动推杆11的移动进程。

如图2、图3、图4和图5所示，穿刺针夹紧装置2对穿刺针13进行限位，使穿刺针13在进针过程中始终处理于直线状态，有效防止主动轮8、从动轮9驱动穿刺针13进针时发生卡住现象。

穿刺针夹紧装置2包括有固定支架14、两块完全对称且能相互闭合的定位块15、安装在固定支架14上用于分别驱动定位块15开合的第一摆臂16和第二摆臂17。

固定支架14固定安装在齿轮箱固定架18上，呈L形，具体结构可以根据整体布局合理设置，并不限于此。固定支架14用于固定安装穿刺针夹紧装置2，使穿刺针夹紧装置2中的穿刺针13可以在第一驱动装置的驱动下执行进针动作，在穿刺针13完成进针动作的瞬间由第二驱动装置驱动第一摆臂16和第二摆臂17执行开启动作，释放穿刺针13，脱离对穿刺针13的限制。具体如下：

如图6所示，定位块15由无毒的医用塑料一体成形，呈“冂”字形，定位块15在两端支脚的外侧表面各设有供穿刺针13放置的V形槽21，在第一内侧面24上设置有三个固定柱22，固定柱22的数量可以是两个或两个以上，具体根据定位块15的尺寸设定。在支脚的内侧，V形槽21的背面设有卡块23，利用固定柱22、卡块23可以使定位块15随时与第一摆臂16或第二摆臂17插接连接，并且定位块15由无毒的医用塑料制成，因此作为一次性用具使用，确保穿刺针13的使用安全。

第一摆臂16、第二摆臂17由金属材料一体成形，整体呈L形。

如图2和图4所示，第一摆臂16、第二摆臂17均经第一转轴23与固定支架14转动连接，优选地，两根第一转轴23的安装结构相同，其中一端与固定支架14固定连接，另一端与第一摆臂16或第二摆臂17转动连接，优选是轴承连接。

如图7和图8所示，第一摆臂16、第二摆臂17包括有定位块固定部24、枢转部25，定位块固定部24与定位块15的形状一致，与定位块15插接贴合固定连接；枢转部25设有供第一转轴23设置的通孔26、与铰链装置30枢转连接的凸耳27；第一摆臂16位于枢转部25设有与第二驱动装置连接的驱动臂28。第二摆臂17位于定位块固定部24设有供从动轮9安装的从动轮安装臂29。优选地，从动轮安装臂29与第二摆臂17的定位块固定部24一体成形，位于设置沉孔31的背面，也可以由连接件固定连接。如图4和图5所示，铰链装置30采用双轴结构，为市售成熟产品，在此不再详细描述。

优选地，驱动臂28中设有截面呈长条状的通孔32，通过第二转轴34与拨杆33转动连接。如图3所示，拨杆33与电动推杆11的输出轴垂直固定连接，电动推杆11在进出移动的过程中，带动拨杆33摆动，拨杆33的活动端通过第二转轴34驱动第一摆臂16摆动，再借助于铰链装置30使第一摆臂16和第二摆臂17作开合动作。并进一步带动定位块15作开合动作，完成对穿刺针13的限位和释放。优选地，电动推杆11的直线移动距离由两个位置传感器12控制。

为了配合与定位块15的插接连接，第一摆臂16、第二摆臂17在定位块固定部24上设置与固定柱22相应的沉孔31，以及与卡块23配合的卡槽32。优选地，为了方便插接连接，固定柱22表面呈锥面状。

综上所述，本发明通过从动轮安装臂29将从动轮9固定安装在定位块15的冂形内部，与从动轮9配合，齿轮箱7的输出轴10延伸至定位块15的位置，使输出轴10端部固定安装的主动轮8与从动轮9呈对称的位于定位块15的冂形内部，即主动轮8、从动轮9位于两块定位块15闭合后形成的空间内，主动轮8、从动轮9之间的间隙与两块定位块15闭合后形成的上下两个限位槽在同一直线上，穿刺针13位于上下两个限位槽以及主动轮6和从动轮9之间的间隙内。主动轮8与从动轮9之间的间距略小于穿刺针13针管的直径，可以为穿刺针13提供足够的驱动力。

本发明将主动轮8、从动轮9设置在定位块15的中间，在主动轮8、从动轮9的上、下位置均经由定位块15的V型槽21进行限位，可以有效阻止穿刺针13发生偏移，确保穿刺过程中的直线移动。

主动轮8和从动轮9均由无毒的医用塑料一体成形，为一次性使用用具，主动轮8、从动轮9与穿刺针13的接触面位置可以设置有凹槽35，也可以平整面。主动轮8与齿轮箱7的输出轴10花键连接，从动轮9与从动轮安装臂29也由花键连接，均是方便拆卸的连接方式，方便医务人员的操作。每次手术前均更换主动轮8和从动轮9。

为了配合多种不管径的穿刺针13，主动轮8和从动轮9的直径可以有多种不同尺寸，针对每一种穿刺针13选择使用相应的主动轮8和从动轮9。