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专利号: 2016109022471
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 医学或兽医学;卫生学
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种磁共振兼容的气动穿刺手术机器人,其特征在于,包括依次相连的定位模块(1)、穿刺定向模块(2)、进针模块(3);

其中,定位模块(1)用于实现穿刺针(3‑7)在磁共振成像设备中沿轴向、径向与周向的移动定位;

穿刺定向模块(2)用于调整定位穿刺针(3‑7)的穿刺角度;

进针模块(3)用于实现对穿刺针(3‑7)进针与退针运动的自动控制;

所述定位模块(1)包括无杆气缸(1‑1)、直线导轨(1‑3)、环形导轨(1‑8)、升降机构及第一气缸(1‑13);

其中,所述无杆气缸(1‑1)及直线导轨(1‑3)平行且相对设置于磁共振成像设备的床板两侧,无杆气缸(1‑1)及直线导轨(1‑3)上分别设置有相适配的无杆气缸滑块(1‑2)及直线导轨滑块(1‑4);无杆气缸滑块(1‑2)及直线导轨滑块(1‑4)上各设置有一个支架(1‑7),两侧支架(1‑7)分别通过连接板(1‑5)固定于无杆气缸滑块(1‑2)及直线导轨滑块(1‑4)上;环形导轨(1‑8)安装于两侧支架(1‑7)上,且环形导轨(1‑8)所在平面垂直于无杆气缸(1‑1)的中心轴线;

环形导轨(1‑8)上设置有两个环形导轨滑块(1‑9),两个环形导轨滑块(1‑9)之间通过滑块连杆(1‑10)铰接;升降机构的上平台安装于其中一个环形导轨滑块(1‑9)前侧,且升降机构的升降轨迹线经过环形导轨(1‑8)的圆心;另一个环形导轨滑块(1‑9)及其相近一侧的支架(1‑7)前侧分别设置有第一L型连接块(1‑12)、第二L型连接块(1‑6),第一气缸(1‑13)的活塞杆顶端及缸筒末端分别铰接于第一L型连接块(1‑12)及第二L型连接块(1‑6)上,通过第一气缸(1‑13)的伸缩控制两个环形导轨滑块(1‑9)沿环形导轨(1‑8)的滑动;

所述升降机构采用剪叉式升降机(1‑11);

所述穿刺定向模块(2)包括底板(2‑1)、转轴(2‑2)、两个轴承支座(2‑3)、第二气缸(2‑

5)、第三气缸(2‑14)、连杆传动机构及壳体(2‑16);

其中,两个轴承支座(2‑3)通过底板(2‑1)固定于升降机构的下平台底部,转轴(2‑2)水平安装于两个轴承支座(2‑3)上,且转轴(2‑2)的前端延伸至轴承支座(2‑3)外;转轴(2‑2)的支撑段上沿转轴(2‑2)的直径方向安装有转轴连杆(2‑4),转轴连杆(2‑4)的顶端与第二气缸(2‑5)的活塞杆顶端铰接;第二气缸(2‑5)的缸筒铰接于底板(2‑1)上,通过第二气缸(2‑5)的伸缩控制转轴(2‑2)的转动;

连杆传动机构包括第一连杆(2‑6)、第二连杆(2‑7)、第三连杆(2‑8)、第四连杆(2‑9)、第五连杆(2‑10)、第六连杆(2‑11)、推杆(2‑15),其中第一连杆(2‑6)、第二连杆(2‑7)、第三连杆(2‑8)、第四连杆(2‑9)、第五连杆(2‑10)、第六连杆(2‑11)之间相互平行;第一连杆(2‑

6)、第二连杆(2‑7)长度相同,第三连杆(2‑8)、第四连杆(2‑9)长度相同,第五连杆(2‑10)、第六连杆(2‑11)长度相同;

第一连杆(2‑6)及第二连杆(2‑7)相对设置于转轴(2‑2)的延伸段两侧,第一连杆(2‑6)及第二连杆(2‑7)的一端固定于转轴(2‑2)上,另一端向前方延伸;第一连杆(2‑6)及第二连杆(2‑7)的延伸端之间从后往前依次设置有第一U型连接块(2‑12)、第二U型连接块(2‑13),第一U型连接块(2‑12)及第二U型连接块(2‑13)均开口向下且并列设置;第一U型连接块(2‑

12)的开口两侧分别与第一连杆(2‑6)、第二连杆(2‑7)铰接,第二U型连接块(2‑13)的开口两侧分别与第一连杆(2‑6)、第二连杆(2‑7)铰接;第三气缸(2‑14)的缸筒沿第二连杆(2‑7)的长度方向固定于第二连杆(2‑7)的内侧,推杆(2‑15)的两端分别与第三气缸(2‑14)的活塞杆顶端、第一U型连接块(2‑12)的中部铰接,通过第三气缸(2‑14)的伸缩带动第一U型连接块(2‑12)的转动;

第三连杆(2‑8)及第四连杆(2‑9)相对设置于第一U型连接块(2‑12)及第二U型连接块(2‑13)两侧顶部,从而构成两个相同的平行四杆机构,实现从第一U型连接块(2‑12)到第二U型连接块(2‑13)的传动;

第三连杆(2‑8)及第四连杆(2‑9)的前端分别与壳体(2‑16)左右两侧上部铰接;第五连杆(2‑10)及第六连杆(2‑11)的一端分别与第二U型连接块(2‑13)两侧中部铰接,第五连杆(2‑10)及第六连杆(2‑11)的另一端分别与壳体(2‑16)左右两侧下部铰接,再次构成两个相同的平行四杆机构,实现从第二U型连接块(2‑13)到壳体(2‑16)的传动;

所述进针模块(3)包括第四气缸(3‑1)、齿条(3‑2)、齿轮轴(3‑3)、第一摩擦轮(3‑10)、摩擦轮轴(3‑4)、第二摩擦轮(3‑11)、穿针轴(3‑6)、穿刺针(3‑7)及穿刺针导管(3‑9);

其中,齿轮轴(3‑3)、摩擦轮轴(3‑4)及穿针轴(3‑6)均水平贯穿壳体(2‑16)的左右两侧,且齿轮轴(3‑3)穿过第五连杆(2‑10)、第六连杆(2‑11)与壳体(2‑16)的铰链孔而与第五连杆(2‑10)、第六连杆(2‑11)相连;第一摩擦轮(3‑10)套设在壳体(2‑16)内的齿轮轴(3‑3)上,齿轮轴(3‑3)上的齿轮设置在左侧壳体(2‑16)外;第四气缸(3‑1)的缸筒沿第五连杆(2‑

10)的长度方向固定于第五连杆(2‑10)的外侧,第四气缸(3‑1)的活塞杆与齿条(3‑2)相连,齿条(3‑2)与齿轮轴(3‑3)上的齿轮相配合,通过第四气缸(3‑1)的伸缩带动齿轮轴(3‑3)及第一摩擦轮(3‑10)的转动;

第二摩擦轮(3‑11)套设在壳体(2‑16)内的摩擦轮轴(3‑4)上,且第二摩擦轮(3‑11)与第一摩擦轮(3‑10)相切;穿刺针导管(3‑9)沿穿针轴(3‑6)的直径方向贯穿穿针轴(3‑6)并固定在穿针轴(3‑6)内,穿刺针(3‑7)穿过穿刺针导管(3‑9)且经过第一摩擦轮(3‑10)与第二摩擦轮(3‑11)之间而同时与第一摩擦轮(3‑10)、第二摩擦轮(3‑11)相切,通过第一摩擦轮(3‑10)的转动带动穿刺针(3‑7)的进退;

所述壳体(2‑16)上与摩擦轮轴(3‑4)及穿针轴(3‑6)的连接处设置有可供活动的方形孔(3‑8),摩擦轮轴(3‑4)及穿针轴(3‑6)两侧通过螺栓安装在壳体(2‑16)上;壳体(2‑16)前侧设置有调整螺栓(3‑5),摩擦轮轴(3‑4)及第二摩擦轮(3‑11)通过调整螺栓(3‑5)调整其与齿轮轴(3‑3)、第一摩擦轮(3‑10)之间的距离从而固定穿刺针(3‑7)的位置。