一种主操作手结构及主从式机器人辅助穿刺系统的制作方法

本技术涉及手术机器人，具体而言，涉及一种主操作手结构及主从式机器人辅助穿刺系统。

背景技术：

1、近年来，x射线计算机断层扫描成像技术(ct)无论是在基本技术方面，还是在新的临床应用方面都取得了巨大的进展。ct的各个组成部分，如光管、探测器、滑环、数据获取系统和算法等方面都取得了很大的进步。自从螺旋ct和多层ct面世以来，出现了许多新的临床应用，且具备扫描时间快、图像清晰等优点，可用于多种疾病的检查。

2、ct引导下经皮穿刺是现在临床应用较多的一项技术，是在ct扫描的精确引导下，将穿刺针准确穿入体内的病灶并获取病变组织的一项技术，ct图像引导下的穿刺术是在ct成像(人体组织和穿刺针)的前提下，可以实时判断穿刺方向并及时做出调整，大大提高了手术成功率、降低了手术风险，提高患者的康复速度，但是ct设备均采用x射线或γ射线等完成工作，在ct侧完成手术会让医生长期暴露在辐射环境中，对身体健康造成极大威胁，因此，有人提出了采用主从式机器人辅助穿刺系统，通过主操作手结构远程操作从操作手机械臂完成穿刺过程，可以使医生在ct室外完成手术操作，避免了医生长期暴露在辐射环境中。

3、而现有的主从式机器人辅助穿刺系统的主操作手通常采用在操作杆上设置可用于轴向移动的模拟套筒，医生通过握持模拟套筒，调整模拟套筒的角度来调整操作杆的角度，进而带动从手的穿刺针调整角度，角度调整完后，医生握持模拟套筒并在操作杆上滑动，实现带动从手的穿刺针进行穿刺手术。由此可见，在操作过程中医生主要操作模拟套筒动作，由于模拟套筒套接在操作杆上，因此整个主手操作端的结构与真实的穿刺针差异较大，同时细长的操作杆作为非直接操作件也会影响医生的判断和手感，减弱了医生的临床感。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种主操作手结构及主从式手术机器人辅助穿刺系统，旨在解决相关技术中主手操作端的结构与真实的穿刺针差异较大，同时细长的操作杆作为非直接操作件也会影响医生的判断和手感，减弱了医生的临床感的问题。

2、本技术的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本技术的实践而习得。

3、根据本技术的第一方面，提供一种主操作手结构，包括：并联平动机构、动平台和调姿机构；其中，

4、所述并联平动机构包括运动支链和第一运动信息监测组件，所述运动支链并联至所述动平台上，所述第一运动信息监测组件用于监测所述运动支链的运动信息；

5、所述调姿机构包括第一转动副、穿刺针杆、第二转动副和第二运动信息监测组件，所述穿刺针杆的下端滑动穿过所述第一转动副的活动端，所述穿刺针杆能够利用所述第一转动副旋转以及相对于所述第一转动副的活动端沿轴向直线移动；

6、所述穿刺针杆的下端通过所述第二转动副与所述动平台活动连接，以使所述穿刺针杆的上端在被操作时，所述穿刺针杆的下端能够相对于所述动平台旋转以及在所述并联平动机构的作用下带动所述动平台平移，所述第二运动信息监测组件用于监测所述第二转动副的运动信息。

7、在本技术的一种示例性实施例中，所述第二转动副包括第一转动块和第二转动块，所述第一转动块转动安装在所述动平台上，以使所述第一转动块可绕第一方向旋转；

8、所述第二转动块转动安装在所述第一转动块上，以使所述第二转动块可绕第二方向旋转，所述第一方向与所述第二方向异向；

9、所述穿刺针杆的下端固装在所述第二转动块上。

10、在本技术的一种示例性实施例中，所述第一转动块上开设有用于安装所述第二转动块的安装槽孔，所述第二转动块转动安装在所述安装槽孔内。

11、在本技术的一种示例性实施例中，所述第二转动副还包括有u型副，所述u型副转动安装在所述动平台上，所述u型副的转动方向为所述第二方向，所述u型副上开设有宽度与所述穿刺针杆直径相匹配的弧形槽孔，所述弧形槽孔的延伸方向为第一方向，所述穿刺针杆的下端穿过所述弧形槽孔，所述穿刺针杆的下端适于在第一方向上沿着所述弧形槽孔进行滑动，所述穿刺针杆的末端还适于在第二方向上带动所述u型副进行转动。

12、在本技术的一种示例性实施例中，所述主操作手结构还包括外壳，所述并联平动机构和所述动平台设于所述外壳内；

13、所述外壳的上端设置有安装孔，所述第一转动副设于所述安装孔内，所述穿刺针杆的上端延伸出所述外壳的上端。

14、在本技术的一种示例性实施例中，所述第一转动副设置为球副。

15、在本技术的一种示例性实施例中，所述外壳包括上部壳体和下部壳体，所述上部壳体和所述下部壳体通过伸缩机构连接，以使所述上部壳体可相对于所述下部壳体上下伸缩；

16、所述安装孔设于所述上部壳体上。

17、在本技术的一种示例性实施例中，第二运动信息监测组件包括有第一编码器和第二编码器，所述第一编码器设置在所述动平台上并与所述第一转动块的旋转轴连接，用于获取所述穿刺针杆在所述第一方向上的转动角度；

18、所述第二编码器设置在所述动平台上与所述u型副的旋转轴连接，用于获取所述穿刺针杆在所述第二方向上的转动角度。

19、在本技术的一种示例性实施例中，所述并联平动机构还包括静平台、驱动电机和安装支架，所述安装支架固定安装在所述静平台上；

20、所述运动支链包括驱动杆和被动杆，所述驱动杆的首端转动安装在所述安装支架上，所述被动杆的首端转动安装在所述驱动杆末端，所述被动杆的末端转动连接至所述动平台上；

21、所述驱动电机安装在所述安装支架上，且所述驱动电机的驱动端与所述驱动杆连接。

22、根据本技术的第二方面，提供一种主从式手术机器人辅助穿刺系统，包括上述的主操作手结构。

23、本技术示例性实施例可以具有以下部分或全部有益效果：

24、在本技术示例实施方式所提供的主操作手结构，包括并联平动机构、动平台和调姿机构，并联平动机构包括运动支链，并联平动机构的运动支链并联至动平台上；调姿机构包括第一转动副、穿刺针杆、第二转动副，穿刺针杆的下端滑动穿过第一转动副的活动端，穿刺针杆能够利用第一转动副旋转以及相对于第一转动副的活动端沿轴向直线移动，穿刺针杆的下端通过第二转动副与动平台活动连接，使得穿刺针杆的上端被操作时，穿刺针杆的下端能够相对于动平台旋转以及在并联平动机构的作用下带动动平台平移。

25、一方面，在手术过程中，医生可握持穿刺针杆的上端，利用第一转动副和第二转动副使穿刺针杆能够旋转；同时在并联平动机构的作用下，穿刺针杆在旋转至操作空间内的任意角度时，动平台均平移至与穿刺针杆对应的位置，并在并联平动机构的运动支链作用下，使医生能够更顺畅地操作穿刺针杆沿轴向直线移动并带动动平台沿轴向直线移动。在动平台沿轴向移动的过程中运动支链随动。由此可见，在本技术中将穿刺针杆作为主手的操作端，穿刺针杆在结构形式与运动方式上均与从手的穿刺针较为接近，因此能够实现提高医生在手术操作过程中的判断准确性和操作手感，提升了医生的临床感的技术效果，进而解决相关技术中主手操作端的结构与真实的穿刺针差异较大，同时细长的操作杆作为非直接操作件也会影响医生的判断和手感，减弱了医生的临床感的问题。

26、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。