-8-2上的十字滑块2-8-3产生上、下、左、右移动，相应的水平弹簧平衡弹簧2-8-1和竖直平衡弹簧2-8-7也会在十字滑块2-8-3的作用产生弹性形变，其中水平平衡弹簧2-8-1形变为余弦运动规律Acos A，相对支点O2力臂为Acos &，刚度为木=GZ/A2sin 竖直平衡弹簧2_8_7形变Ad-cos ^，相对支点O1力臂为Z1C0s &，复合弹簧平衡下力矩平衡方程为:GLc0s Θ= K1Z12Sin O1 cos O1+ K2 Z12 (Ι-sin Θx) cos A，进一步求得水平平衡弹簧2_8_1和竖直平衡弹簧2-8-7的刚度SK1=K2=GL/ L12,由此可知垂直交叉式弹簧平衡机构，可消除平衡中存在的角度变量。若通过该弹力平衡机构实现机器人悬臂重力矩完全平衡，只需根据杆件的结构尺寸选择适当刚度系数的弹簧即可，大臂垂直交叉式弹簧平衡机构2-7原理与小臂垂直交叉式弹簧平衡机构2-8的原理类似。
[0037]粒子植入运动:当外针驱动电机3-1进行旋转时，带动第二丝杠3-9作回转运动，丝杠将回转运动转换为第二滑台3-9的直线运动，从而实现外针3-10-2的定位，当内针驱动电机3-2进行旋转时，带动第三丝杠作3-7回转运动，丝杠将回转运动转换为第三滑台
3-4的直线运动，从而实现内针3-5-2的定位，联动时序控制外针驱动电机1、内针驱动电机2可以实现粒子植入过程，通过电机细分控制可以实现内针3-5-2、外针3-10-2的微调，从而达到较高的定位精度。
[0038]进一步，所述的第二丝杠3-9、第三丝杠3-7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3-1、内针驱动电机3-2相连。
[0039]当电机旋转时，丝杠上加装的光电编码器，通过光电转换将电机输出轴的机械几何位移量转换为脉冲，并将脉冲信号反馈控制器对内针5-2、外针10-2进行定位和速度控制。
[0040]进一步，所述的壳体3-3、第二滑台3-6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3-1、内针驱动电机3-2相连。
[0041]当弹簧式外针夹持器3-10运行接触到壳体3上的限位开关时，此时壳体3上的限位开关的触点动作，并发出信号给控制器，控制器发出指令控制外针驱动电机3-1立即停止或者反向旋转。当第三滑台3-4运行接触到第二滑台3-6上的限位开关时，此时第二滑台3-6上的限位开关的触点动作，并发出信号给控制器，控制器发出指令控制内针驱动电机3-2立即停止或者反向旋转。
[0042]进一步，所述的外针支撑套3-8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3-1、内针驱动电机3-2相连。
[0043]当外针3-10-2在穿刺时遇到耻骨，此时外针支撑套3-8上的扭矩传感器可以实时检测穿刺力的变化，并发出信号给控制器，控制器发出指令控制外针驱动电机3-1立即停止或者反向旋转，这样在穿刺反馈控制中，可以减少对患者持续穿刺伤害。
[0044]本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。
【主权项】
1.一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(1 )，电动移动机构(1)上固接2R定位机构(2)，2R定位机构(2)的大臂(2-9)、小臂(2-13)上设有垂直交叉式弹簧平衡机构，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(2-8)和大臂垂直交叉式弹簧平衡机构(2-7)，垂直交叉式弹簧平衡机构可以实现大臂(2-9)、小臂(2-13)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(2)上还固接双丝杠螺旋式粒子植入机构(3)，电动移动机构(1)配合2R定位机构(2)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(2)，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(1)、2R定位机构(2)、垂直交叉式弹簧平衡机构、双丝杠螺旋式粒子植入机构(3) —起配合使用可以实现稳定可靠的粒子植入过程。2.根据权利要求1所述一种自重平衡式放射性治疗粒子植入机器人，其特征在于:所述的电动移动机构(1)包括减震底板(1-2)，减震底板(2-2)上固接U型机架(1-5)，U型机架(1-5)上固设电机(1-1)，所述的电机(1-1)的电机轴固接第一丝杠(1-3)，第一丝杠(1-3)与第一滑台(1-4)建立螺旋副连接，所述的第一滑台(1-4)上还固接2R定位机构(2)。3.根据权利要求1所述一种全自动放射性治疗粒子植入装置，其特征在于:所述的小臂垂直交叉式弹簧平衡机构(2-8)包括平衡连杆，所述的平衡连杆(2-8-6)通过铰链与小臂曲柄(2-10)建立转动链接，平衡连杆(2-8-6)还通过铰链与平衡曲柄(2-8-4)建立转动链接，所述的平衡连杆(2-8-6)上还固设水平平衡导杆(2-8-5)，所述的水平平衡导杆(2-8-5)上套设水平平衡弹簧(2-8-1 )，十字滑块(2-8-3)也套设在水平平衡导杆(2-8-5)上，且可以在水平平衡导杆(2-8-5)上滑动，处于水平平衡弹簧(2-8-1)的右侧，所述的平衡连杆(2-8-6)还通过铰链与平衡曲柄(2-8-4)建立转动链接，平衡曲柄(2-8-4)通过铰链与小臂驱动电机基座(2-2)建立转动链接，所述的小臂驱动电机基座(2-2)还固设竖直平衡导杆(2-8-2)，竖直平衡导杆(2-8-2)上套设竖直平衡弹簧(2-8-7)，所述的十字滑块(2-8-3)同时也套设在竖直平衡导杆(2-8-2)上，也可以在竖直平衡导杆(2-8-2)上滑动，处于竖直平衡弹簧(2-8-7)的下侧。4.根据权利要求1所述一种全自动放射性治疗粒子植入装置，其特征在于:所述的双丝杠螺旋式粒子植入机构(3 )包括壳体(3-3 )，所述的壳体(3-3 )内固设外针驱动电机(3-1 )、内针驱动电机(3-2)、外针支撑套(3-8)，所述的外针驱动电机(3-1)的电机轴固接第二丝杠(3-9)，第二丝杠(3-9)与第二滑台(3-6)建立螺旋副连接，所述的第二滑台(3-6)还固接粒子库接收装置(3-11 )，粒子库接收装置(3-11)还有插孔(3-11-1 )，插孔(3-11-1)上可以安装弹匣(3-11-2)，粒子库接收装置(3-11)上还固接弹簧式外针夹持器(3-10)，弹簧式外针夹持器(3-10)上还设有按钮(3-10-1)，通过按钮(3-10-1)可以装、卸外针(3-10-2 )，所述的外针(3-10-2 )和外针支撑套(3-8 )建立滑动连接，外针支撑套(3-8 )可以对外针(3-10-2 )其起撑作用，所述的内针驱动电机(3-2 )的电机轴固接第三丝杠(3-9 )，第三丝杠(3-9 )与第三滑台(3-4 )建立螺旋副连接，所述的第三滑台(3-4 )还固接内针夹持座(3-5)，内针夹持座(3-5)上还设有紧钉螺丝(3-5-1)，通过紧钉螺丝(3-5-1)可以装、卸内针夹持座上的内针(3-5-2)。5.根据权利要求4所述一种全自动放射性治疗粒子植入装置，其特征在于:所述的第二丝杠3-9、第三丝杠3-7上还加装光电编码器，所述的壳体3-3、第二滑台3-6上还加载限位开关，所述的外针支撑套3-8上还加载扭矩传感器，光电编码器、限位开关和扭矩传感器都可控制器相连，控制器与所述的外针驱动电机3-1、内针驱动电机3-2相连。
【专利摘要】一种自重平衡式放射性治疗粒子植入机器人，具体涉及医疗器械领域。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。本发明能够提高近距离放射性治疗粒子植入手术精度，也可以为近距离放射性治疗开辟一条新的途径。
【IPC分类】A61M36/04
【公开号】CN105268093
【申请号】CN201510598027
【发明人】张永德, 梁艺, 王彬
【申请人】哈尔滨理工大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年9月21日