一种血管介入手术用导管牵引机器人的制作方法

1.本发明属于医疗辅助机器人技术领域，具体涉及一种血管介入手术用导管牵引机器人。


背景技术：

2.血管介入手术作为现代医学手术的一部分，已经广泛应用于临床上，治疗人类各种血管疾病，血管介入手术是指医生在数字减影血管造影机(dsa)的引导下，操纵导管牵引到患者受伤部位，依靠导管把治疗的相关药物或者是医疗消耗品放到指定位置，从而对症下药。血管介入手术与传统的开刀手术而言，优点在于创伤小、安全精准以及减轻了患者对于手术药物的依赖。血管介入手术最重要的部分就是将导管牵引到治疗位置，因此，能否准确的将导管牵引到治疗位置直接影响手术的成功和患者的健康。
3.目前，血管介入手术中，通常是通过医护人员将导管牵引至患者的治疗位置，然而血管介入手术需要在dsa的引导下进行，这就导致了医护人员需要在辐射区域长期进行工作，对医生的身体健康造成伤害；另外，医护人员对导管的人工牵引操作存在不稳定的因素，从而会影响手术质量。
4.基于以上问题，本技术提出一种能够代替医护人员人工牵引导管的血管介入手术用导管牵引机器人。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种血管介入手术用导管牵引机器人。
6.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种血管介入手术用导管牵引机器人，包括基座；
8.所述基座的上部设置竖直向上延伸的转动臂，所述基座上设置有用来控制转动臂绕竖直轴转动的第一驱动组件；
9.所述转动臂上沿竖直方向滑动配合有机械臂，所述转动臂上设置有用来控制机械臂进行竖直方向运动的第二驱动组件；
10.所述机械臂的端部设置有导管牵引机械手，所述导管牵引机械手包括用来引导导管沿自身轴向运动的导管移动组件、用来引导导管沿自身轴线转动的导管转动组件。
11.优选的，所述第一驱动组件包括第一电机、小带轮、大带轮；
12.所述第一电机固定设置在基座的底部，所述第一电机的输出轴向上穿过基座后与小带轮进行同轴固定连接；
13.所述大带轮位于基座的上部且与基座进行转动配合；
14.所述小带轮、大带轮之间通过同步带传动连接；
15.所述大带轮的顶部与转动臂固定连接。
16.优选的，所述第二驱动组件包括升降丝杠、升降滑块、升降导轨；
17.所述升降丝杠沿竖直方向延伸，所述升降丝杠的两端均与转动臂进行转动连接，所述升降丝杠的下部与用来控制升降丝杠转动的升降驱动组件相连；所述升降驱动组件设置在转动臂上；
18.所述升降导轨固定设置在转动臂上且沿竖直方向延伸；所述升降滑块与升降导轨进行竖直方向的滑动配合；
19.所述升降滑块上设置有与升降丝杠进行螺纹配合的升降丝母；
20.所述升降滑块与机械臂的一端固定连接。
21.优选的，所述机械臂包括连接架、第一关节臂、第二关节臂、第三关节臂、第四连接臂；
22.所述连接架与升降滑块固定连接；
23.所述第一关节臂的一端与连接架通过第一铰接轴相铰接、另一端与第二关节臂的一端通过第二铰接轴相铰接，所述第二关节臂的另一端与第三关节臂的一端相固接，所述第三关节臂的另一端与第四关节臂的一端通过第三铰接轴相铰接；
24.所述第四关节臂的另一端与导管牵引机械手相连；
25.所述第一铰接轴、第二铰接轴相平行且与升降丝杠相垂直；
26.所述第三铰接轴与第一铰接轴相垂直。
27.优选的，所述第一关节臂、连接架之间设置有用来控制第一关节臂绕第一铰接轴转动的第一折弯驱动件；
28.所述第二关节臂、第一关节臂之间设置有用来控制第二关节臂绕第二铰接轴转动的第二折弯驱动件；
29.所述第四关节臂、第三关节臂之间设置有用来控制第四关节臂绕第三铰接轴转动的第三折弯驱动件。
30.优选的，所述第一铰接轴固定设置在连接架上，所述第一关节臂的一端与第一铰接轴进行铰接连接；
31.所述第一折弯驱动件包括第三电机、第一主动齿轮、第一固定齿轮；
32.所述第三电机固定设置在第一关节臂上，所述第一主动齿轮同轴固定在第三电机的输出轴端部；所述第一固定齿轮同轴固定在第一铰接轴的端部；
33.所述第一主动齿轮、第一固定齿轮进行啮合连接。
34.优选的，所述第二铰接轴固定设置在第一关节臂上，所述第二关节臂的一端与第二铰接轴进行铰接连接；
35.所述第二折弯驱动件包括第四电机、第二主动齿轮、第二固定齿轮；
36.所述第四电机固定设置在第二关节臂上，所述第二主动齿轮同轴固定在第四电机的输出轴端部；所述第二固定齿轮同轴固定在第二铰接轴的端部；
37.所述第二主动齿轮、第二固定齿轮进行啮合连接。
38.优选的，所述第三铰接轴固定设置在第四关节臂的一端，所述第三关节臂与第三铰接轴进行铰接连接；
39.所述第三折弯驱动件包括第五电机、第三主动齿轮、从动齿轮；
40.所述第五电机固定设置在第三关节臂上，所述第三主动齿轮同轴固定在第五电机的输出轴端部；所述从动齿轮同轴固定在第三铰接轴上；
41.所述第三主动齿轮、从动齿轮进行啮合连接。
42.优选的，所述导管牵引机械手包括机械手底座，所述机械手底座的一端与第四关节臂固定连接；
43.所述导管移动组件包括第六电机、凹轮、滚轮；
44.所述第六电机固定设置在电机支撑架上，所述电机支撑架的底端与机械手底座固定连接；所述第六电机的输出轴通过联轴器与凹轮进行同轴固定连接；所述凹轮的径向外端面上设置环形凹槽，所述滚轮通过滚轮支撑架支撑在凹轮的下方；所述环形凹槽与滚轮之间形成滚动输送导管的区域；
45.所述导管转动组件包括第七电机、丝杠、导轨；
46.所述第七电机固定设置在机械手底座上；所述第七电机的输出轴与丝杠的一端进行同轴固定连接，所述丝杠的另一端与机械手底座进行转动连接；所述电机支撑架上设置有供丝杠穿过的通孔，所述滚轮支撑架上设置有用来与丝杠进行螺纹配合的丝母；所述导轨固定设置在机械手底座上且沿丝杠的轴线方向延伸，所述滚轮支撑架的底部设置有用来与导轨进行滑动配合的滑块；
47.所述凹轮的中心轴线、滚轮的中心轴线、丝杠的中心轴线、第三铰接轴的中心轴线相平行。
48.优选的，所述电机支撑架包括下支架以及用来固定设置第六电机的上支架；
49.所述下支架固定设置在机械手底座上，所述下支架的顶部设置有两根向上延伸的支撑柱；
50.所述上支架上设置有两个用来与相应支撑柱进行滑动配合的滑动孔；
51.所述支撑柱的顶端螺纹配合有螺母；
52.所述下支架、上支架之间的支撑柱上套有拉伸弹簧，所述拉伸弹簧的两端分别与下支架、上支架固定连接。
53.本发明的有益效果是：
54.本发明中，转动臂、机械臂、导管牵引机械手协同作用，通过转动臂带动机械臂和导管牵引机械手绕大带轮的竖向中心轴线转动、第一关节臂绕第一铰接轴的转动、第二关节臂绕第二铰接轴的转动、第四关节臂绕第三铰接轴的转动、导管移动组件对导管轴向方向的滚动输送、导管转动组件对导管沿自身轴线转动的控制，最终能够实现导管的空间运动、空间定位以及空中姿态的调节，从而将导管准确的牵引至治疗位置，进而能够代替医护人员人工牵引导管，避免了辐射对医护人员的伤害以及人工牵引操作不稳定对手术的影响。
附图说明
55.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
56.图1是本发明血管介入手术用导管牵引机器人的结构示意立体图；
57.图2是本发明血管介入手术用导管牵引机器人的结构示意主视图；
58.图3是本发明血管介入手术用导管牵引机器人的结构示意左视图；
59.图4是本发明中导管牵引机械手的结构示意立体图；
60.图5是本发明中升降滑块与升降导轨的配合示意图；
61.其中：
62.0-导管；
63.1-基座，2-第一电机，3-小带轮，4-大带轮，5-同步带，6-第一轴承座，7-第二电机，8-升降丝杠，9-升降滑块，10-转动臂，11-升降导轨，12-支撑轴，13-升降丝母，14-第一关节臂，15-第三电机，16-第一铰接轴，17-第一主动齿轮，18-第一固定齿轮，19-连接架，20-第二关节臂，21-第四电机，22-第二铰接轴，23-第二主动齿轮，24-第二固定齿轮，25-第三关节臂，26-第五电机，27-第三铰接轴，28-第三主动齿轮，29-从动齿轮，30-第四关节臂，31-环形凹槽，32-第六电机，33-电机支撑架，331-下支架，332-上支架，333-支撑柱，334-螺母，34-联轴器，35.凹轮，36-滚轮，37-第七电机，38-丝杠，39-导轨，40-滑块，41-滚轮支撑架，42-机械手底座，43-弹簧，44-丝母。
具体实施方式
64.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
65.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
66.在本发明中，术语如“上”、“下”、“底”、“顶”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
67.本发明中，术语如“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
68.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
69.如图1-2所示，一种血管介入手术用导管牵引机器人，包括基座1；
70.所述基座1的上部设置竖直向上延伸的转动臂10，所述基座1上设置有用来控制转动臂10绕竖直轴转动的第一驱动组件；
71.所述转动臂10上沿竖直方向滑动配合有机械臂，所述转动臂10上设置有用来控制机械臂进行竖直方向运动的第二驱动组件；
72.所述机械臂的端部设置有导管牵引机械手，所述导管牵引机械手包括用来引导导管0沿自身轴向运动的导管移动组件、用来引导导管0沿自身轴线转动的导管转动组件。
73.优选的，所述第一驱动组件包括第一电机2、小带轮3、大带轮4；
74.如图3所示，所述第一电机2固定设置在基座1的底部，所述第一电机2的输出轴向上穿过基座1后与小带轮3进行同轴固定连接；
75.所述大带轮4位于基座1的上部且与基座1进行转动配合；
76.所述小带轮3、大带轮4之间通过同步带5传动连接；
77.所述大带轮4的顶部与转动臂10固定连接。
78.具体地，如图2所示，所述基座1的顶部设置有向上延伸的支撑轴12，所述支撑轴12向上穿过大带轮4后与第一轴承座6内部轴承的内圈固定连接；第一轴承座6的外壳底端与大带轮4的顶端固定连接，第一轴承座6的外壳顶端与转动臂10的底端固定连接。
79.第一电机2通过小带轮3、同步带5驱动转动臂10绕大带轮4的竖向中心轴线转动，转动臂10转动的同时带动机械臂、导管牵引机械手以及导管牵引机械手抓取的导管转动。
80.优选的，如图5所示，所述第二驱动组件包括升降丝杠8、升降滑块9、升降导轨11；
81.所述升降丝杠8沿竖直方向延伸，所述升降丝杠8的两端均与转动臂10进行转动连接，所述升降丝杠8的下部与用来控制升降丝杠8转动的升降驱动组件相连；所述升降驱动组件设置在转动臂10上；
82.所述升降导轨11固定设置在转动臂10上且沿竖直方向延伸；所述升降滑块9与升降导轨11进行竖直方向的滑动配合；
83.所述升降滑块9上设置有与升降丝杠8进行螺纹配合的升降丝母13；
84.所述升降滑块9与机械臂的一端固定连接。
85.具体地，所述升降驱动组件包括固定设置在转动臂10上的第二电机7，所述第二电机7的输出轴向下与升降主齿轮同轴固定相连，所述升降主齿轮与同轴固定设置在升降丝杠8下部的升降从齿轮进行啮合连接。
86.第二电机7通过升降主齿轮、升降从齿轮驱动升降丝杠8转动，在升降滑块9与升降导轨11的滑动限位配合、升降丝杠8与升降丝母13的螺纹配合下，升降丝杠8转动时，升降丝母13带动升降滑块9、机械臂、导管牵引机械手以及导管牵引机械手抓取的导管进行竖直方向的升降运动。
87.需要说明的是，所述第二驱动组件还可以采用其他结构组合方式，例如，采用液压缸或者气缸或者直线电机直接驱动机械臂，使机械臂沿竖直方向进行升降运动，只要能够满足带动所述机械臂沿竖直方向升降即可。
88.优选的，如图1-2所示，所述机械臂包括连接架19、第一关节臂14、第二关节臂20、第三关节臂25、第四连接臂30；
89.所述连接架19与升降滑块9固定连接；
90.所述第一关节臂14的一端与连接架19通过第一铰接轴16相铰接、另一端与第二关节臂20的一端通过第二铰接轴22相铰接，所述第二关节臂20的另一端与第三关节臂25的一端相固接，所述第三关节臂25的另一端与第四关节臂30的一端通过第三铰接轴27相铰接；
91.所述第四关节臂30的另一端与导管牵引机械手相连；
92.所述第一铰接轴16、第二铰接轴22相平行且与升降丝杠8相垂直；
93.所述第三铰接轴27与第一铰接轴16相垂直。
94.优选的，所述第一关节臂14、连接架19之间设置有用来控制第一关节臂14绕第一铰接轴16转动的第一折弯驱动件；
95.所述第二关节臂20、第一关节臂14之间设置有用来控制第二关节臂20绕第二铰接轴22转动的第二折弯驱动件；
96.所述第四关节臂30、第三关节臂25之间设置有用来控制第四关节臂30绕第三铰接
轴27转动的第三折弯驱动件。
97.优选的，如图1-2所示，所述第一铰接轴16固定设置在连接架19上，所述第一关节臂14的一端与第一铰接轴16进行铰接连接；
98.所述第一折弯驱动件包括第三电机15、第一主动齿轮17、第一固定齿轮18；
99.所述第三电机15固定设置在第一关节臂14上，所述第一主动齿轮17同轴固定在第三电机15的输出轴端部；所述第一固定齿轮18同轴固定在第一铰接轴16的端部；
100.所述第一主动齿轮17、第一固定齿轮18进行啮合连接。
101.第三电机15驱动第一主动齿轮17在第一固定齿轮18上啮合转动，从而通过齿轮间的啮合带动第一关节臂14绕第一铰接轴16转动。
102.优选的，如图1-2所示，所述第二铰接轴22固定设置在第一关节臂14上，所述第二关节臂20的一端与第二铰接轴22进行铰接连接，具体地，第二关节臂20通过轴承与第二铰接轴22相连；
103.所述第二折弯驱动件包括第四电机21、第二主动齿轮23、第二固定齿轮24；
104.所述第四电机21固定设置在第二关节臂20上，所述第二主动齿轮23同轴固定在第四电机21的输出轴端部；所述第二固定齿轮24同轴固定在第二铰接轴22的端部；
105.所述第二主动齿轮23、第二固定齿轮24进行啮合连接。
106.第四电机21驱动第二主动齿轮23在第二固定齿轮24上啮合转动，从而通过齿轮间的啮合带动第二关节臂20绕第二铰接轴22转动。
107.优选的，如图1-2所示，所述第三铰接轴27固定设置在第四关节臂30的一端，所述第三关节臂25与第三铰接轴27进行铰接连接，具体地，第三关节臂25通过轴承与第三铰接轴27相连；
108.所述第三折弯驱动件包括第五电机26、第三主动齿轮28、从动齿轮29；
109.所述第五电机26固定设置在第三关节臂25上，所述第三主动齿轮28同轴固定在第五电机26的输出轴端部；所述从动齿轮29同轴固定在第三铰接轴27上；
110.所述第三主动齿轮28、从动齿轮29进行啮合连接。
111.第五电机26驱动第三主动齿轮28转动，从而使从动齿轮29转动，从动齿轮29带动第三铰接轴27以及与第三铰接轴27相连的第四关节臂30、导管牵引机械手转动。
112.优选的，如图4所示，所述导管牵引机械手包括机械手底座42，所述机械手底座42的一端与第四关节臂30固定连接；
113.所述导管移动组件包括第六电机32、凹轮35、滚轮36；
114.所述第六电机32固定设置在电机支撑架33上，所述电机支撑架33的底端与机械手底座42固定连接；所述第六电机32的输出轴通过联轴器34与凹轮35进行同轴固定连接；所述凹轮35的径向外端面上设置环形凹槽31，所述滚轮36通过滚轮支撑架41支撑在凹轮35的下方，具体地，滚轮36的两端通过深沟球轴承与滚轮支撑架41相连；所述环形凹槽31与滚轮36之间形成滚动输送导管0的区域；
115.所述导管转动组件包括第七电机37、丝杠38、导轨39；
116.所述第七电机37固定设置在机械手底座42上；所述第七电机37的输出轴与丝杠38的一端进行同轴固定连接，所述丝杠38的另一端与机械手底座42进行转动连接，具体地，丝杠38通过深沟球轴承与机械手底座42相连；所述电机支撑架33上设置有供丝杠38穿过的通
孔，所述滚轮支撑架41上设置有用来与丝杠38进行螺纹配合的丝母44；所述导轨39固定设置在机械手底座42上且沿丝杠38的轴线方向延伸，所述滚轮支撑架41的底部设置有用来与导轨39进行滑动配合的滑块40；
117.所述凹轮35的中心轴线、滚轮36的中心轴线、丝杠38的中心轴线、第三铰接轴27的中心轴线相平行。
118.当第六电机32的输出轴转动时，在联轴器34的作用下，驱动凹轮35转动，从而通过滚动输送使位于环形凹槽31、滚轮36之间的导管0实现沿导管0轴线方向的移动。
119.当第七电机37驱动丝杠38转动时，在丝杠38与丝母44的螺纹配合、滑块40与导轨39的滑动限位配合下，实现滚轮支撑架41沿导轨39的移动，进而实现滚轮36的轴向移动，滚轮36轴向运动的过程中，在环形凹槽31的配合下实现导管0沿自身轴线的转动。
120.优选的，如图4所示，所述电机支撑架33包括下支架331以及用来固定设置第六电机32的上支架332；
121.所述下支架331固定设置在机械手底座42上，所述下支架331的顶部设置有两根向上延伸的支撑柱333；
122.所述上支架332上设置有两个用来与相应支撑柱333进行滑动配合的滑动孔；
123.所述支撑柱333的顶端螺纹配合有螺母334，以防止上支架332向上脱出；
124.所述下支架331、上支架332之间的支撑柱333上套有拉伸弹簧43，所述拉伸弹簧43的两端分别与下支架331、上支架332固定连接。
125.支撑柱333与滑动孔的滑动配合以及拉伸弹簧43的设置，是为了向下拉动上支架332，从而使凹轮35下压导管0，进而使导管0紧贴环形凹槽31和滚轮36，增加表面摩擦力，便于导管0移动和转动的实现。
126.本技术中，转动臂、机械臂、导管牵引机械手协同作用，通过转动臂10带动机械臂和导管牵引机械手绕大带轮4的竖向中心轴线转动、第一关节臂14绕第一铰接轴16的转动、第二关节臂20绕第二铰接轴22的转动、第四关节臂绕第三铰接轴27的转动、导管移动组件对导管0轴向方向的滚动输送、导管转动组件对导管0沿自身轴线转动的控制，最终能够实现导管0的空间运动、空间定位以及空中姿态的调节，从而将导管0准确的牵引至治疗位置，进而能够代替医护人员人工牵引导管，避免了辐射对医护人员的伤害以及人工牵引操作不稳定对手术的影响。
127.需要说明的是，本技术中涉及的电机均为伺服电机，且各电机均为带减速机的一体式结构，此外各电机均由计算机控制，从而实现导管牵引机械手的空间运动、定位以及空中姿态的调节。
128.本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。
129.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。