一种胸腹腔专用穿刺手术机器人系统的制作方法

1.本发明涉及医疗器械技术领域，具体而言，涉及一种胸腹腔专用穿刺手术机器人系统。


背景技术：

2.在微创、放射性粒子植入以及一些需要经皮穿刺介入的外科手术中，医生人工操作穿刺手术，需要的技术水平高、难度大，往往需要经验丰富的外科医生进行手术，实施精准的穿刺手术对外科医生的要求很高，而且培训和培养专业的外科医生的时间和金钱成本都很高，在一些医疗设施相对较差的医院难以获得更大的推广。
3.随着机器人技术的发展，借助机器人辅助完成穿刺手术的新技术开始发展，传统的机器人辅助穿刺手术，多采用通用型多关节式机器人来实现定位和调整末端执行器，但实际上通用的机器人和相关医疗器械在针对具体外科手术类型时往往因为其过分强调的通用性而出现体积过大、关节臃肿、安装要求苛刻、专用性差等问题，同时造成了手术实施对防碰撞，路径规划等问题要求的复杂化，同时通用机器人造价高昂，无形中增加了患者的就医成本。
4.为了解决通用机器人体积过大、专用性差的问题，已经有一些手术机器人采用串联式或复杂的空间并联机器人来实现穿刺的定位动作，但是串联式机器人结构刚度差、防碰撞和路径规划的控制复杂，而复杂的空间并联机器人虽然提高了整体刚度，但是工作空间分析和运动控制的难度很大。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供了一种胸腹腔专用穿刺手术机器人系统，以解决穿刺手术机器人专用性差、尺寸臃肿、刚度不足、定位及穿刺流程及控制复杂等技术问题。
6.本技术实施方式提供一种胸腹腔专用穿刺手术机器人，包括：穿刺手术机器人，用于穿刺手术功能的实现；末端执行器，与所示穿刺手术机器人驱动连接，用于实现胸腹腔专用穿刺手术机器人系统在工作空间中垂直平面的运动；手术床，用于手术时患者的平躺支撑和水平方向上的定位；手术台基座，用于支撑穿刺手术机器人系统和实现穿刺手术机器人垂直方向上的直线运动和定位。
7.本技术实施方式中，穿刺手术机器人包括：机器人主体，设置在手术床上方，用于胸腹腔专用穿刺手术机器人系统在工作空间中水平面内进针点的平移、绕垂直轴向方向的旋转运动、穿刺动作的进针位姿调整；与机器人主体和环形齿轮传动机构驱动连接，用于将机器人主体绕垂直轴向方向的旋转运动传递到末端执行器上。
8.本技术实施方式中，末端执行器包括：环形连接架，设置在机器人主体上，用于末端执行器的安装和旋转驱动；弧形导轨，设置在环形连接架上，用于进针点绕水平轴向方向的旋转运动方向的角度调整和定位；进针驱动部件，设置在弧形导轨，用于驱动穿刺动作的实现；穿刺手术针，用于实现穿刺动作，实现经皮穿刺，将治疗物送至患处、从患者体内取出
检块。
9.本技术实施方式中，手术床包括：手术床板，用于手术过程中支撑患者，并根据手术操作需要调整体位；平动滑板，与手术床板与固定安装，用于手术床板的支撑和水平方向的位置调整。
10.本技术实施方式中，手术台基座包括：手术床导轨用于驱动手术床在水平方向上的运动和定位；机器人安装臂，用于驱动穿刺手术机器人在竖直方向上的运动和定位。
11.本技术实施方式中，机器人主体包括：机器人平动台，与末端执行器通过环形齿轮传动机构驱动连接，用于末端执行器的支撑和位置移动；p连杆、r
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p铰链、p滑块组成prp机构，机器人平动台与p连杆固定连接，通过prp机构的运动实现水平方向上的运动和定位；滑块导轨，为丝杆导轨，用于支撑和实现prp机构在平面内的平动，进而实现机器人平动台和末端执行器在水平面内的移动和定位；驱动电机，与所述滑块导轨驱动连接，用于p滑块在滑块导轨上的移动的动力驱动。
12.在一个实施方式中，机器人主体，设置在手术床一侧。
13.在一个实施方式中，机器人主体所包含的prp机构为n组prp机构组成的nprp机构，其中n≥３，且prp机构的布局不仅仅局限于统一水平面内。
14.本发明结合胸腹腔穿刺手术的特点，引入串并联混合的3prp机构，通过垂直移动臂和3prp 机构实现空间内进针点的定位，通过末端执行器实现进针方向的姿势调整和进针运动。实现了垂直方向、水平面内运动和穿刺点姿势调整的一定程度的解耦，降低了控制算法的设计难度。另外本发明提出的机器人尺寸小、制造成本低、专用性好、安装控制简单。
附图说明
15.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1为本案所述胸腹腔专用穿刺手术机器人系统的结构示意图；图2为本案所述胸腹腔专用穿刺手术机器人系统的爆炸视图；图3为本案所述胸腹腔专用穿刺手术机器人系统末端执行器的结构示意图；图4为本案所述胸腹腔专用穿刺手术机器人系统穿刺手术机器人的俯视图；图5为本案所述胸腹腔专用穿刺手术机器人系统穿刺手术机器人的俯视图的局部剖视图；图6为本案所述胸腹腔专用穿刺手术机器人系统穿刺手术机器人的侧视图；图7为本案所述胸腹腔专用穿刺手术机器人系统手术床的结构示意图；图8为本案所述胸腹腔专用穿刺手术机器人系统手术床的侧视图。
具体实施方式
16.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
17.如图1和图2所示，本发明的胸腹腔专用穿刺手术机器人系统的实施例包括穿刺手术机器人100、末端执行器200、手术床300、手术台基座400。末端执行器200与穿刺手术机器
人100驱动连接，为穿刺手术机器人100的穿刺进针运动的功能主体，用于实现胸腹腔专用穿刺手术机器人系统在工作空间中垂直平面内进针点的绕水平轴线方向的旋转运动、进针点的姿势调整和进针运动。手术床300安装在手术台基座400上，用于手术时患者的平躺支撑和水平方向上的定位。手术台基座400安装于手术室内地面上，用于支撑穿刺手术机器人系统，为穿刺手术机器人100和手术床300的安装基座，用于实现穿刺手术机器人100垂直方向上的直线运动和定位。
18.如图3所示，末端执行器200的实施例包括环形连接架210、弧形导轨220、进针驱动部件230、穿刺手术针240。环形连接架210为与穿刺手术机器人的连接部件，弧形导轨220与环形连接架210交错布置，进针驱动部件230沿着弧形导轨220运动，实现进针点的角度调整。穿刺手术针240在进针驱动部件230的驱动下实现进针运动。
19.如图3
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6所示穿刺手术机器人包括机器人主体110和环形齿轮传动机构120，机器人主体110包括机器人平动台111、p连杆112、r
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p铰链113、p滑块114、滑块导轨115、驱动电机116。环形齿轮传动机构120包括从动齿轮121和主动齿轮122。
20.如图7
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8所示,手术床300包括手术床板310、平动滑板320。手术台基座400包括手术床导轨410、机器人安装臂420、手术床安装基座430。
21.在实施穿刺手术过程中，病人被安置在手术床300上，通过平动滑板320预先初步调整病人在沿手术床方向的位置，使得病灶位置包括在穿刺手术机器人100的工作空间范围内；然后利用ct或者核磁共振对病灶位置进行检测，进针点一般为病灶于穿刺手术针直线方向于患者皮肤的交点，医生在计算机上对进针点和进针方向进行调整；当获得相关的检测信息后，穿刺手术机器人100，根据标定的位置信息，穿刺手术机器人100在机器人安装臂420上做上下平移，将进针点调整至正确的高度位置；在驱动电机116的驱动下，机器人主体110通过p连杆112、r
‑
p铰链113p和滑块114在滑块导轨115上的关联平移运动实现水平方向上对进针点位置的调整，进而实现进针点到达正确的位置。
22.当进针点调整至正确的位置后，末端执行器200通过电机驱动，在和从动齿轮121和主动齿轮122在环形连接架210上实现水平面内的旋转运动；同时进针驱动部件230和穿刺手术针240沿着弧形导轨220运动，实现环形连接架210在垂直面内的旋转运动，进而实现进针点姿态调整。
23.当进针点的位置和姿态调整至正确位姿后，穿刺手术针240在进针驱动部件230驱动下，实现进针运动并穿刺至预设的病灶位置。