一种自重平衡式放射性治疗粒子植入机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及医疗器械领域，属于医学、机械、自动化交叉学科，具体涉及一种自重平衡式放射性治疗粒子植入机器人。
【背景技术】
[0002]近距离放射性粒子植入具有靶向性强、无副作用、创伤小、疗效确切的特点，在国内外已成为治疗早期前列腺癌的标准手段。传统放射性治疗术是在超声的引导下，借助于固定在超声支架上的导向板，临床医生使用手动粒子植入器将20?120颗镍钛合金包裹的1251 (144Gy)/103Pd (120Gy)粒子植入靶区部位，连续低剂量放射γ射线对肿瘤细胞进行杀死。
[0003]当前国内外的粒子植入器多为医生手动进行，依赖于医生的临床经验，使得粒子植入的准确度具有不确定性。同时医生的疲劳和抖动使得手术时间变长，还有可能对患者造成一定的伤害，将机器人技术和放射性治疗技术相结合会克服上述放射性治疗术的缺点，放射性粒子植入机器人系统正是上述技术结合的典范。
[0004]国内外近距离放射性粒子植入机器人始于21世纪初期，美国罗彻斯特大学研制了一种直角坐标式粒子植入机器人，采用移动关节组成直角坐标悬臂结构会降低整体刚度，其自身占用空间较大和运动响应能力也欠佳，罗马尼亚克卢日.纳波卡技术大学研制CRRU + CRU模块化并联式粒子植入机器人，控制时存在工作奇异点的问题，天津大学设计了 5自由度混合驱动并联粒子植入机器人，它的结构和材料都适用于核磁兼容环境，整体结构过于复杂，控制起来较为困难，虽然近距离放射性治疗粒子植入机器人在国外研究多年，但由于在病人体内操作环境较为复杂，对机器人的性能要求较高，很多粒子植入机器人还处于实验室研究阶段。
[0005]使用近距离放射性治疗粒子植入，进行活检或粒子植入操作时，产生的重力力矩、惯性力矩会造成电机驱力矩幅值波动，从而关使节速度波动较大，而末端在定点操作时也会由于惯性产生静态误差，需要采用有效办法进行重力补偿来抵消机构自身重力的影响，提高其反向驱动性能，而目前研究的粒子植入机器人都没有采用平衡装置，来实现稳定可靠的操作，特别是机器人末端穿刺针同软组织接触时，存在末端操作力控制不稳定的问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种自重平衡式放射性治疗粒子植入机器人。
[0007]本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是:
本发明的一种自重平衡式放射性治疗粒子植入机器人，包括电动移动机构，其特征在于:电动移动机构上固接2R定位机构，2R定位机构的大臂、小臂上设有垂直交叉式弹簧平衡机构，垂直交叉式弹簧平衡机构可以实现大臂、小臂位形变化时，任意位姿的静态力矩平衡，所述的2R初定位机构上还固接双丝杠螺旋式粒子植入机构，电动移动机构配合2R定位机构可以实现穿刺针的快速初定位，垂直交叉式弹簧平衡机构结合2R定位机构，可以实现任意姿态下机器人悬臂重力矩平衡，电动移动机构、2R定位机构、垂直交叉式弹簧平衡机构、双丝杠螺旋式粒子植入机构一起配合使用可以实现稳定可靠的粒子植入过程。
[0008]上述方案的种自重平衡式放射性治疗粒子植入机器人，其结构特点为电动移动平台和2R定位机构将穿刺针把沿刺针轴线调整到目标高度(初定位)，接近会阴正前方5cm处，同时垂直交叉式弹簧平衡机构可以实现机机器人悬臂重力矩平衡，然后使用双丝杠螺旋式粒子植入机构，将穿刺针平稳运行到靶点。
[0009]对方案进一步设计:为了更好地发挥电动移动机构的作用，所述的电动移动机构包括减震底板，其特征在于:减震底板上固接U型机架，U型机架上固设电机，所述的电机轴固接第一丝杠，第一丝杠与第一滑台建立螺旋副连接，所述的第一滑台上还固接2R定位机构。
[0010]对方案进一步设计:为了更好地发挥2R定位机构的作用，所述的2R定位机构包括底板，其特征在于:底板上固设大臂驱动电机基座、小臂驱动电机基座，大臂驱动电机基座安装有大臂驱动减速电机，小臂驱动电机基座安装有小臂驱动减速电机，大臂驱动减速电机和小臂驱动减速电机的输出轴在同一直线上，所述的大臂驱动电机轴固连大臂，大臂与小臂通过铰链建立转动链接，所述的小臂驱动电机轴固连小臂曲柄，小臂曲柄通过铰链与小臂连杆建立转动链接，小臂连杆通过铰链与小臂也建立转动链接，大臂、小臂、小臂连杆和小臂曲柄通过铰链连接，可以构成一个平行四边形机构，这个平行四边形机构可以将小臂驱动电机的动力及运动传递给小臂，以实现对小臂的驱动。
[0011]所述的大臂驱动电机基座上还设有支撑轴承，支撑轴承轴线和大臂驱动电机轴轴线在同一等高线上，支撑轴承上固连被动转动轴，所述的的转动轴通过铰链与大臂辅助连杆建立转动链接，所述的大臂还通过铰链与平行三角架建立转动链接，大臂、大臂辅助连杆、平行三角架通过铰链，也可以构成一个平行四边形，所述的平行三角架通过铰链与平行连杆建立转动链接，所述的平行连杆、小臂都通过铰链与末端粒子植入平台建立转动链接，小臂、平行三角架、平行连杆和末端粒子植入平台还可以构成一个平行四边形。
[0012]所述的大臂、大臂辅助连杆、平行三角架通过铰链链接构成的平行四边形机构与小臂、平行三角架、平行连杆和末端粒子植入平台构成的平行四边形机构，可以使末端粒子植入平台处于水平定向姿态。
[0013]对方案进一步设计:为了更好地发挥垂直交叉式弹簧平衡机构的作用，所述的垂直交叉式弹簧平衡机构包括小臂垂直交叉式弹簧平衡机构和大臂垂直交叉式弹簧平衡机构。
[0014]所述的小臂垂直交叉式弹簧平衡机构包括平衡连杆，所述的平衡连杆通过铰链与小臂曲柄建立转动链接，平衡连杆还通过铰链与平衡曲柄建立转动链接，所述的平衡连杆上还固设水平平衡导杆，所述的水平平衡导杆上套设水平平衡弹簧，十字滑块也套设在水平平衡导杆上，且可以在水平平衡导杆上滑动，处于水平平衡弹簧的右侧，所述的平衡连还通过铰链与平衡曲柄建立转动链接，平衡曲柄通过铰链与小臂驱动电机基座建立转动链接，所述的小臂驱动电机基座还固设竖直平衡导杆，竖直平衡导杆上套设竖直平衡弹簧，所述的十字滑块同时也套设在竖直平衡导杆上，也可以在竖直平衡导杆上滑动，处于竖直平衡弹簧的下侧。
[0015]进一步，所述的大臂垂直交叉式弹簧平衡机构的结构与方案与小大臂垂直交叉式弹簧平衡机构的结构与方案类似，不同的是所述的大臂垂直交叉式弹簧平衡机构的平衡连杆是固设在大臂上。
[0016]对方案进一步设计:为了更好地发挥双丝杠螺旋式粒子植入机构的作用，所述的双丝杠螺旋式粒子植入机构包括壳体，所述的壳体内固设外针驱动电机、内针驱动电机、夕卜针支撑套，所述的外针驱动电机的电机轴固接第二丝杠，第二丝杠与第二滑台建立螺旋副连接，所述的第二滑台还固接粒子库接收装置，粒子库接收装置还有插孔，插孔上可以安装弹匣，粒子库接收装置上还固接弹簧式外针夹持器，弹簧式外针夹持器上还设有按钮，通过按钮可以装、卸外针，所述的外针和外针支撑套建立滑动连接，外针支撑套可以对外针其起撑作用，所述的内针驱动电机的电机轴固接第三丝杠，第三丝杠与第三滑台建立螺旋副连接，所述的第三滑台还固接内针夹持座，内针夹持座上还设有紧钉螺丝，通过紧钉螺丝可以装、卸内针夹持座上的内针。
[0017]进一步，所述的第二丝杠、第三丝杠上还加装光电编码器，光电编码器与控制器相连，控制器与所述的外针驱动电机、内针驱动电机相连。
[0018]进一步，所述的壳体、第二滑台上还加载限位开关，限位开关与控制器相连，控制器与所述的外针驱动电机、内针驱动电机相连。
[0019]进一步，所述的外针支撑套上还加载扭矩传感器，扭矩传感器与控制器相连，控制器与所述的外针驱动电机、内针驱动电机相连。
[0020]与现有技术相比，本发明有以下技术效果和优点:
本发明采用电动移动机构配合2R定位机构可以实现穿刺针的快速初定位，可以有效的减少近距离放射性治疗的手术时间，另外，垂直交叉式弹簧平衡机构结合2R定位机构可以实现任意姿态下机器人悬臂重力矩平衡，电动移动机构、2R定位机构、垂直交叉式弹簧平衡机构、双丝杠螺旋式粒子植入机构一起配合使用可以实现稳定可靠的粒子植入过程，整体结构简单，通过加装光电编码器、限位开关和扭矩传感器，可以实现植入过程精确定位、调速、反馈控制，本发明能够提供近距离放射性治疗粒子植入手术的精度，手术的成功性和完善性，从而为放射性治疗粒子植入辅助放射性介入治疗手术开辟一条新的途径。
【附图说明】
[0021 ] 图1整