專利名稱：血管介入手術(shù)機(jī)器人推進(jìn)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種血管介入微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人部件，尤其涉及一種血管介入手術(shù)機(jī) 器人推進(jìn)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)醫(yī)療機(jī)器人的研究和丌發(fā)力度越來(lái)越大，能在臨床應(yīng)用的機(jī)器人越來(lái) 越多，但血管介入手術(shù)機(jī)器人末端執(zhí)行器還未有全面的發(fā)展。
現(xiàn)有技術(shù)中，血管介入亍-術(shù)由醫(yī)生人工完成，存在著明顯的弊端，如醫(yī)生在射線 環(huán)境下工作，長(zhǎng)期操作對(duì)身體傷害很大；現(xiàn)有手術(shù)方法技巧性強(qiáng)，風(fēng)險(xiǎn)性高，?？漆t(yī)生 手術(shù)培訓(xùn)時(shí)間長(zhǎng)；由于操作復(fù)雜、手術(shù)時(shí)間長(zhǎng)，醫(yī)生疲勞和人手操作不穩(wěn)定等因素會(huì)直 接影響手術(shù)質(zhì)量，進(jìn)而影響患者生存質(zhì)量等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)管的螺旋式推進(jìn)與檢測(cè)同步的血管介入手術(shù)機(jī) 器人推進(jìn)機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明的血管介入手術(shù)機(jī)器人推進(jìn)機(jī)構(gòu)，用于血管介入手術(shù)機(jī)器人的末端執(zhí)行器， 包括用于推進(jìn)導(dǎo)管的軸向進(jìn)給部件、用于改變導(dǎo)管前進(jìn)方向的周向旋轉(zhuǎn)部件和用于檢測(cè) 導(dǎo)管前進(jìn)距離的檢測(cè)部件；
所述檢測(cè)部件與所述軸向進(jìn)給部件通過(guò)連桿連接成整體，并保持平行，二者同步進(jìn) 給、同步旋轉(zhuǎn)；
所述軸向進(jìn)給部件包括一對(duì)同步且反向轉(zhuǎn)動(dòng)的主動(dòng)滾輪，形成對(duì)導(dǎo)管的第一夾持
臂；
所述檢測(cè)部件包括一對(duì)從動(dòng)滾輪，形成對(duì)導(dǎo)管的第二夾持臂；
所述周向旋轉(zhuǎn)部件包括與所述軸向進(jìn)給部件和所述檢測(cè)部件固定在一起的內(nèi)嚙合齒 輪、由旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)齒輪，所述內(nèi)嚙合齒輪與所述旋轉(zhuǎn)齒輪嚙合。
由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的血管介入手術(shù)機(jī)器人推進(jìn)機(jī)構(gòu)，由于包括用于推進(jìn)導(dǎo)管的軸向進(jìn)給部件、用于改變導(dǎo)管前進(jìn)方向的周向旋轉(zhuǎn)部件和 用于檢測(cè)導(dǎo)管前進(jìn)距離的檢測(cè)部件；檢測(cè)部件與軸向進(jìn)給部件通過(guò)連桿連接成整體，并 保持平行，二者同步進(jìn)給、同步旋轉(zhuǎn)；軸向進(jìn)給部件包括一對(duì)同步且反向轉(zhuǎn)動(dòng)的主動(dòng)滾 輪，形成對(duì)導(dǎo)管的第一夾持臂；檢測(cè)部件包括一對(duì)從動(dòng)滾輪，形成對(duì)導(dǎo)管的第二夾持 臂，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)管的雙臂夾持，達(dá)到導(dǎo)管的螺旋式推進(jìn)與檢測(cè)同步的目的。


圖la、圖lb、圖lc為本發(fā)明血管介入手術(shù)機(jī)器人推進(jìn)機(jī)構(gòu)的總體結(jié)構(gòu)示意圖; 圖2a、圖2b為本發(fā)明中軸向進(jìn)給部件的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明中軸向進(jìn)給部件傳動(dòng)示意圖； 圖4為本發(fā)明中檢測(cè)部件結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1底座，2大旋轉(zhuǎn)盤后支架，3旋轉(zhuǎn)電機(jī)座，4旋轉(zhuǎn)電機(jī)，5大旋轉(zhuǎn)盤 軸內(nèi)芯，6旋轉(zhuǎn)齒輪聯(lián)軸器，7旋轉(zhuǎn)齒輪，8軸套，9大旋轉(zhuǎn)盤軸，10大旋轉(zhuǎn)盤 前支架，11軸向進(jìn)給部件，12內(nèi)嚙合齒輪，13大旋轉(zhuǎn)盤，14連桿，15從動(dòng)滾 輪固定部件，16大檢測(cè)盤，17檢測(cè)部件底座，18從動(dòng)滾輪移動(dòng)部件，19軸向進(jìn) 給驅(qū)動(dòng)部件，20檢測(cè)支撐座，21機(jī)械臂接口， 22左側(cè)主動(dòng)滾輪，23右側(cè)主動(dòng)滾 輪，24定位齒輪，25柔性鎖緊機(jī)構(gòu)，26主動(dòng)滾輪輪皮，27傳動(dòng)齒輪，28 L型連 桿，29梯形固定塊，30主動(dòng)滾輪固定片，31主動(dòng)滾輪軸，32第一齒輪，33第 二齒輪，34第四齒輪，35第三齒輪，36左側(cè)從動(dòng)滾輪，37編碼器傳動(dòng)齒輪， 38從動(dòng)滾輪軸承座，39從動(dòng)滾輪輪皮，40右側(cè)從動(dòng)滾輪，41從動(dòng)滾輪軸，42從 動(dòng)滾輪支架，43壓縮彈簧，44從動(dòng)輪移動(dòng)支架，45從動(dòng)輪移動(dòng)軸。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的血管介入手術(shù)機(jī)器人推進(jìn)機(jī)構(gòu)，其較佳的具體實(shí)施方式
是，用于血管介入 手術(shù)機(jī)器人的末端執(zhí)行器，包括用于推進(jìn)導(dǎo)管的軸向進(jìn)給部件、用于改變導(dǎo)管前進(jìn)方向 的周向旋轉(zhuǎn)部件和用于檢測(cè)導(dǎo)管前進(jìn)距離的檢測(cè)部件；
其中，檢測(cè)部件與軸向進(jìn)給部件通過(guò)連桿連接成整體，并保持平行，二者同步進(jìn) 給、同步旋轉(zhuǎn)；軸向進(jìn)給部件一對(duì)同步且反向轉(zhuǎn)動(dòng)的主動(dòng)滾輪，形成對(duì)導(dǎo)管的第一夾持 臂；檢測(cè)部件包括一對(duì)從動(dòng)滾輪，形成對(duì)導(dǎo)管的第二夾持臂；實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)管的雙臂夾持， 達(dá)到導(dǎo)管的螺旋式推進(jìn)與檢測(cè)同步的目的。
周向旋轉(zhuǎn)部件包括與軸向進(jìn)給部件和檢測(cè)部件固定在一起的內(nèi)嚙合齒輪、由旋轉(zhuǎn)電 機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)齒輪，內(nèi)嚙合齒輪與旋轉(zhuǎn)齒輪嚙合。具體軸向進(jìn)給部件和檢測(cè)部件可以固連在大旋轉(zhuǎn)盤上，內(nèi)嚙合齒輪與大旋轉(zhuǎn)盤固定。
軸向進(jìn)給部件由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)齒輪將動(dòng)力傳遞到主動(dòng)滾輪上，最終通過(guò)摩擦 傳動(dòng)的方式將所述主動(dòng)滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為導(dǎo)管的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)管的直線運(yùn)動(dòng)通過(guò)摩 擦的方式轉(zhuǎn)變成從動(dòng)滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)光電編碼器記錄從動(dòng)滾輪的角度變化量，通過(guò) 數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換，變換成導(dǎo)管的實(shí)際前進(jìn)的距離值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)管實(shí)際前進(jìn)距離的實(shí)時(shí)檢
具體軸向進(jìn)給部件可以包括4個(gè)同齒數(shù)的傳動(dòng)齒輪，由電機(jī)帶動(dòng)第一齒輪，并通過(guò)第 二齒輪把動(dòng)力傳遞到左側(cè)主動(dòng)滾輪；同時(shí)，由第三齒輪改變運(yùn)動(dòng)方向，并由第四齒輪將 動(dòng)力傳遞到右側(cè)主動(dòng)滾輪，最終實(shí)現(xiàn)一對(duì)主動(dòng)滾輪的同步反轉(zhuǎn)。
軸向進(jìn)給部件還可以包括定位齒輪和柔性鎖緊機(jī)構(gòu)，由主動(dòng)滾輪、定位齒輪和柔性 鎖緊機(jī)構(gòu)共同作用完成對(duì)導(dǎo)管的夾持及鎖定，同時(shí)柔性鎖緊機(jī)構(gòu)還具備針對(duì)不同型號(hào)導(dǎo) 管的自適應(yīng)功能。
本發(fā)明的血管介入手術(shù)機(jī)器人推進(jìn)機(jī)構(gòu)還可與包括用于與上部機(jī)械臂連接的簡(jiǎn)易接 口，同時(shí)其底部裝有整個(gè)機(jī)器人空間的標(biāo)記點(diǎn)。能夠?qū)崿F(xiàn)方便快捷的拆卸，同有利于系 統(tǒng)的集成。
下面通過(guò)具體實(shí)施例，并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
如圖la、圖lb、圖lc所示，本發(fā)明的推進(jìn)機(jī)構(gòu)包括支撐平臺(tái)、旋轉(zhuǎn)部件、驅(qū)動(dòng)部件 三個(gè)部分。
其中，支撐平臺(tái)包括底座l、大旋轉(zhuǎn)盤后支架2、大旋轉(zhuǎn)盤前支架IO、大旋轉(zhuǎn)盤軸9、 大旋轉(zhuǎn)盤軸內(nèi)芯5、軸套8、檢測(cè)支撐座20等。其旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部件包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)座3、旋轉(zhuǎn)電 機(jī)4、旋轉(zhuǎn)齒輪聯(lián)軸器6、旋轉(zhuǎn)齒輪7、內(nèi)嚙合齒輪12等，其中旋轉(zhuǎn)電機(jī)座3只對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)4 起豎直方向支撐的作用，電機(jī)由螺釘固定在大旋轉(zhuǎn)盤前支架10上，內(nèi)嚙合齒輪和旋轉(zhuǎn)部 件間通過(guò)螺釘連接實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳遞。
旋轉(zhuǎn)部件包括大旋轉(zhuǎn)盤13、連桿14、大檢測(cè)盤16、軸向進(jìn)給部件ll、檢測(cè)部件、軸 向進(jìn)給驅(qū)動(dòng)19等。其中軸向進(jìn)給部件及其驅(qū)動(dòng)固定在大旋轉(zhuǎn)盤上，檢測(cè)部件及其光電編 碼器固定在大檢測(cè)盤上，兩者通過(guò)連桿14連接固定成整體，且同時(shí)保證大旋轉(zhuǎn)盤與大檢 測(cè)盤的平行及其中心軸線的同軸。同時(shí)整個(gè)旋轉(zhuǎn)部件通過(guò)大旋轉(zhuǎn)盤中的圓柱面與支撐平 臺(tái)的大旋轉(zhuǎn)盤軸9配合定位并由緊定螺釘固定。
本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)部件相當(dāng)于一個(gè)懸臂梁，為了增加其剛度及可靠性在懸臂端增加了一 個(gè)檢測(cè)支撐座20對(duì)旋轉(zhuǎn)部件進(jìn)行過(guò)定位支撐，由于機(jī)械結(jié)構(gòu)的過(guò)定位，檢測(cè)支撐與底座 間的連接采用橫向可調(diào)試的連接方式以滿足過(guò)定位的裝配要求。
如圖2a、圖2b所示，本發(fā)明的軸向進(jìn)給部件包括定位齒輪24、柔性鎖緊機(jī)構(gòu)25、主動(dòng)滾輪輪皮26、傳動(dòng)齒輪27、 L型連桿28、梯形固定塊29、主動(dòng)滾輪固定片30、主動(dòng)滾 輪軸31等。整個(gè)軸向進(jìn)給部件用螺釘固定在大旋轉(zhuǎn)盤的梯形槽內(nèi)同時(shí)應(yīng)保證主動(dòng)滾輪輪 皮上圓弧形槽的圓心在旋轉(zhuǎn)部件的軸線上。
如圖3所示，軸向進(jìn)給部件采用了一組4個(gè)同齒數(shù)的齒輪傳動(dòng)，由電機(jī)帶動(dòng)第一齒輪 32，再通過(guò)第二齒輪33把動(dòng)力傳遞到左側(cè)主動(dòng)滾輪22，同時(shí)由第三齒輪35改變運(yùn)動(dòng)方 向，再由第四齒輪34將動(dòng)力傳遞到右側(cè)主動(dòng)滾輪23，最終實(shí)現(xiàn)一對(duì)主動(dòng)滾輪的同步反 轉(zhuǎn)。
如圖4所示，本發(fā)明的檢測(cè)部件包括左側(cè)從動(dòng)滾輪36、編碼器傳動(dòng)齒輪37、從動(dòng)滾 輪軸承座38、從動(dòng)滾輪輪皮39、右側(cè)從動(dòng)滾輪40、從動(dòng)滾輪軸41、從動(dòng)滾輪支架42、壓 縮彈簧43、從動(dòng)輪移動(dòng)支架44、從動(dòng)輪移動(dòng)軸45等。整個(gè)檢測(cè)部件通過(guò)螺釘固定在大檢 測(cè)盤上，并保證從動(dòng)滾輪輪皮上的圓弧形槽的圓心在旋轉(zhuǎn)部件的軸線上。
本發(fā)明中的血管介入手術(shù)機(jī)器人推進(jìn)機(jī)構(gòu)主要是為了把導(dǎo)管推進(jìn)到病灶區(qū)域輔助醫(yī) 生完成介入手術(shù)，解決現(xiàn)有手術(shù)過(guò)程中醫(yī)生過(guò)多遭受輻射等問(wèn)題。其體積小，結(jié)構(gòu)緊 湊；操作和維護(hù)方便；通過(guò)結(jié)構(gòu)和材料改進(jìn)，其重量只有2. 5千克，機(jī)器人末端承載 能力小，該特點(diǎn)對(duì)于小型機(jī)器人更為重要；另外，該推進(jìn)機(jī)構(gòu)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)不同型號(hào)導(dǎo)管 的推進(jìn)，并且其柔性鎖緊機(jī)構(gòu)還具有針對(duì)不同型號(hào)的導(dǎo)管的自適應(yīng)性功能，其通用性較 強(qiáng)；同時(shí)，本發(fā)明增加了視覺(jué)功能、虛擬力反饋功能及復(fù)雜手術(shù)過(guò)程的人機(jī)切換功能， 很大程度上提高了機(jī)構(gòu)的可靠性及安全性能。
檢測(cè)部分由光電編碼器檢測(cè)導(dǎo)管軸向進(jìn)給的實(shí)際距離，結(jié)合圖像導(dǎo)航的數(shù)據(jù)給醫(yī)生 的最終決策提供支持。手術(shù)時(shí)，首先由醫(yī)生將導(dǎo)管前端通過(guò)血管鞘送入病體，然后由本 發(fā)明完成導(dǎo)管在病體內(nèi)的推進(jìn)直到到達(dá)病灶區(qū)域，避免醫(yī)生過(guò)多的吃線。適用于血管介 入手術(shù)的機(jī)器人末端執(zhí)行器。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替 換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種血管介入手術(shù)機(jī)器人推進(jìn)機(jī)構(gòu)，用于血管介入手術(shù)機(jī)器人的末端執(zhí)行器，其特征在于，包括用于推進(jìn)導(dǎo)管的軸向進(jìn)給部件、用于改變導(dǎo)管前進(jìn)方向的周向旋轉(zhuǎn)部件和用于檢測(cè)導(dǎo)管前進(jìn)距離的檢測(cè)部件；所述檢測(cè)部件與所述軸向進(jìn)給部件通過(guò)連桿連接成整體，并保持平行，二者同步進(jìn)給、同步旋轉(zhuǎn)；所述軸向進(jìn)給部件包括一對(duì)同步且反向轉(zhuǎn)動(dòng)的主動(dòng)滾輪，形成對(duì)導(dǎo)管的第一夾持臂；所述檢測(cè)部件包括一對(duì)從動(dòng)滾輪，形成對(duì)導(dǎo)管的第二夾持臂；所述周向旋轉(zhuǎn)部件包括與所述軸向進(jìn)給部件和所述檢測(cè)部件固定在一起的內(nèi)嚙合齒輪、由旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)齒輪，所述內(nèi)嚙合齒輪與所述旋轉(zhuǎn)齒輪嚙合。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的血管介入手術(shù)機(jī)器人推進(jìn)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述軸向進(jìn) 給部件由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)齒輪將動(dòng)力傳遞到所述主動(dòng)滾輪上，最終通過(guò)摩擦傳動(dòng)的 方式將所述主動(dòng)滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為導(dǎo)管的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的血管介入手術(shù)機(jī)器人推進(jìn)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的軸向 進(jìn)給部件包括4個(gè)同齒數(shù)的傳動(dòng)齒輪，由電機(jī)帶動(dòng)第一齒輪，并通過(guò)第二齒輪把動(dòng)力傳遞 到左側(cè)主動(dòng)滾輪；同時(shí)，由第三齒輪改變運(yùn)動(dòng)方向，并由第四齒輪將動(dòng)力傳遞到右側(cè)主動(dòng)滾輪，最終 實(shí)現(xiàn)一對(duì)主動(dòng)滾輪的同步反轉(zhuǎn)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的血管介入手術(shù)機(jī)器人推進(jìn)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的軸向 進(jìn)給部件包括定位齒輪和柔性鎖緊機(jī)構(gòu)，由所述主動(dòng)滾輪、定位齒輪和柔性鎖緊機(jī)構(gòu)共 同作用完成對(duì)導(dǎo)管的夾持及鎖定，同時(shí)柔性鎖緊機(jī)構(gòu)還具備針對(duì)不同型號(hào)導(dǎo)管的自適應(yīng) 功能。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的血管介入手術(shù)機(jī)器人推進(jìn)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述導(dǎo)管的 直線運(yùn)動(dòng)通過(guò)摩擦的方式轉(zhuǎn)變成所述從動(dòng)滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)光電編碼器記錄從動(dòng)滾輪 的角度變化量，通過(guò)數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換，變換成導(dǎo)管的實(shí)際前進(jìn)的距離值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)管實(shí)際 前進(jìn)距離的實(shí)時(shí)檢測(cè)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的血管介入手術(shù)機(jī)器人推進(jìn)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述軸向進(jìn) 給部件和檢測(cè)部件固連在大旋轉(zhuǎn)盤上，所述內(nèi)嚙合齒輪與所述大旋轉(zhuǎn)盤固定。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的血管介入手術(shù)機(jī)器人推進(jìn)機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括用于與 上部機(jī)械臂連接的簡(jiǎn)易接口，同時(shí)其底部裝有整個(gè)機(jī)器人空間的標(biāo)記點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種血管介入手術(shù)機(jī)器人推進(jìn)機(jī)構(gòu)，用于血管介入手術(shù)機(jī)器人的末端執(zhí)行器，包括用于推進(jìn)導(dǎo)管的軸向進(jìn)給部件、用于改變導(dǎo)管前進(jìn)方向的周向旋轉(zhuǎn)部件和用于檢測(cè)導(dǎo)管前進(jìn)距離的檢測(cè)部件；檢測(cè)部件與所述軸向進(jìn)給部件通過(guò)連桿連接成整體，并保持平行，二者同步進(jìn)給、同步旋轉(zhuǎn)；軸向進(jìn)給部件包括一對(duì)同步且反向轉(zhuǎn)動(dòng)的主動(dòng)滾輪，形成對(duì)導(dǎo)管的第一夾持臂；檢測(cè)部件包括一對(duì)從動(dòng)滾輪，形成對(duì)導(dǎo)管的第二夾持臂；周向旋轉(zhuǎn)部件包括與軸向進(jìn)給部件和檢測(cè)部件固定在一起的內(nèi)嚙合齒輪、由旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)齒輪，內(nèi)嚙合齒輪與旋轉(zhuǎn)齒輪嚙合。體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、操作和維護(hù)方便，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)管的雙臂夾持，達(dá)到導(dǎo)管的螺旋式推進(jìn)與檢測(cè)同步。
文檔編號(hào)A61M25/082GK101612436SQ20091008976
公開(kāi)日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月23日
發(fā)明者達(dá) 劉, 王田苗, 田增民, 彪 羅 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)