[发明专利]一种血管介入机器人位姿调节助力用半自动机械臂

说明书

本发明为一种血管介入机器人位姿调节助力用半自动机械臂，包括：肩关节、大臂、肘关节、小臂、腕部；所述肩关节实现绕z轴的转动，具有一个自由度；所述大臂安装在肩关节上面，实现绕x轴的转动，具有一个自由度；所述肘关节与大臂串联，实现绕z轴的转动，具有一个自由度；所述小臂与肘关节串联，实现绕z轴的转动，具有一个自由度；所述腕部继续与小臂串联，若所有关节位于一条直线上，则腕部旋转为绕y轴的旋转；若小臂关节绕z轴旋转90度后，则腕部旋转即改变为绕x轴旋转，具有一个自由度；每个关节部位均由电磁制动器驱动控制，在大臂中还安装有助力装置。该机械臂适用于微创血管介入手术机器人，提高手术的便捷性，稳定性，可靠性。

技术领域

本发明属于高端医疗装备制造技术领域，涉及一种医疗器械，具体涉及对于介入手术导管导丝的递送和旋转及其耦合运动的控制技术，更具体的说是一种位置姿态可以省力调节的半自动可靠机械臂。

背景技术

目前我国约有2.3亿人患冠心病、脑卒中、心力衰竭等心脑血管疾病。介入机器人为介入手术带来了巨大便利，因此具有广阔的应用前景。手术机器人通过术前CT数据和术中导丝磁定位、送管装置送管长度信息，可以获得术中导丝在患者血管中的精确位置，并通过三维重建的血管图像直观地展现给医生。可以有效减少医生对造影图像的需求，减少术中造影和射线对病人的伤害。医生通过远端机械臂和夹持模块代替传统用手推送导管导丝，回避手术室中有害射线。手术机器人通过对术前术中医学图像和扭矩传感器等信息的融合处理，可以对手术进行实时预警，提醒医生避开某些血管内组织结构，并提示医生前往病灶目的地的送丝方向。

由介入机器人组成系统构成可知，用于推进机构定位的机械臂的位姿调整方式也是机器人系统研究的重要问题之一。定位机械臂主要包括主动式、被动式两种。主动式定位机械臂各个关节都装有驱动装置，优点是定位精度高，无需机械臂自身平衡，但涉及的电器元件比较多，其内部电机驱动有较高的要求，很难适应狭窄的空间，传统的控制方式过于程式化，不能随意拖动，只能按预定程序走预定轨迹，环境适应能力不强。被动机械臂指的是机械臂关节没有安装驱动装置，需要通过外力使其运动，其优点在于能够在人力作用下任意拖动。目前应用于医疗领域的被动机械臂有Da vinci系统和ZEUS机器人系统，北京航空航天大学开发的“黎元”立体定向机器人系统、天津大学开发的“妙手”系统等。他们的机械臂关节都采用电机驱动，成本高，电机还会加重机械臂的重量，调整位置时会存在较大的惯性，降低了可靠性。再比如，北京理工大学申请号为202010199504.6的专利设计了一种被动机械臂。该结构包含谐波减速器、气弹簧等部件，成本高，结构复杂，且增加了机械臂的重量，手术过程中调节位姿时惯性比较大。

由此可见，机械臂的结构和可靠性也是血管介入手术机器人的重要组成部分。手术前，医生需根据病人身体横向尺寸调节机械臂的位姿，以方便导管导丝的送入，最关键的是尽可能地减少所述机械臂到大腿股动脉之间的距离，确保有限尺寸导管在术中伸入患者病变部位。手术中需要机械臂保持稳定的姿态，因此要确保所述机械臂各个关节自锁，且有一定的刚度，避免在术中因医生误操作触碰机械臂发生位置变化。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种位置姿态可以轻松省力调节的半自动可靠机械臂，适用于微创血管介入手术机器人。通过采用串联机构，以机械机构实现支撑与调节功能，提高手术的便捷性，稳定性，可靠性，便于设备的维护与安装。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种血管介入机器人位姿调节助力用半自动机械臂，包括：肩关节、大臂、肘关节、小臂、腕部；其特征在于：

所述肩关节实现绕z轴的转动，具有一个自由度；所述大臂安装在肩关节上面，实现绕x轴的转动，具有一个自由度；所述肘关节与大臂串联，实现绕z轴的转动，具有一个自由度；所述小臂与肘关节串联，实现绕z轴的转动，具有一个自由度；所述腕部继续与小臂串联，若所有关节位于一条直线上，则腕部旋转为绕y轴的旋转；若小臂关节绕z轴旋转90度后，则腕部旋转即改变为绕x轴旋转，具有一个自由度；总共5个自由度；