位姿操控致动装置

本发明涉及一种操控致动装置，具体涉及应用于磁共振图像扫描仪的位姿操控致动装置。

背景技术：

手术机器人常应用于各类微创手术中，例如神经外科微创手术，用于实现局部创伤小、出血少、疼痛感低、住院时间较短及术后易恢复等优点。这就要求微创手术机器人具有操作准确、状态稳定、灵巧性强等特点。特别地，对于核磁共振检测环境，手术机器人还需要具有核磁兼容的特征，即手术机器人本身不会干扰检测环境，以产生可靠、准确的检测报告。

传统的手术操作由医护人员手工操作进行，手术的操作精度难以保证，使患者承受更多的疼痛及需要较长时间的术后恢复。此外，对于核磁环境下的手术，传统的手术机器人往往会对核磁共振环境产生干扰，影响检测结果。而现有的手术机器人大多尺寸大，难以附接于人体进行相关部位的诊疗操控。具体而言，在手术操作过程中，医护人员可能会碰撞到机器人；或者，如果机器人的尺寸大于磁共振图像(magneticresonanceimage)(mri)扫描仪的内部空间，则难以实现基于mri的实时操作；或者，由于需要在机器人和人体之间进行坐标配准，因此降低了机器人的操作精度。

技术实现要素：

本发明提供一种位姿操控致动装置，可用于磁共振图像扫描仪的相关诊疗操作，使得诊疗器械可以固定于人体的相关部位，协助医护人员进行遥控操作，对诊疗器械的位姿作精准操控。

根据一个实施例，本发明的位姿操控致动装置包括支架、可平动地连接于所述支架的第一臂、可平动地连接于所述第一臂的第一滑块、可平动地连接于所述支架的第二臂、可平动地连接于所述第二臂的第二滑块及夹持件。所述夹持件具有第一支持部及第二支持部，所述夹持件的第一支持部可移动地连接于所述第一滑块，所述夹持件的第二支持部可移动地连接于所述第二滑块。所述第一臂与所述支架之间的相对平动、所述第一滑块与所述第一臂之间的相对平动、所述第二臂与所述支架之间的相对平动及所述第二滑块与所述第二臂之间的相对平动中的至少一个相对平动，使得所述夹持件相对于所述支架改变位姿。

优选地，所述第一臂及所述第二臂相互平行地连接于所述支架。

优选地，所述第一臂及所述第二臂可相对于所述支架沿第一方向平动，所述第一滑块及所述第二滑块可分别相对于所述第一臂及所述第二臂沿第二方向平动，所述第二方向与所述第一方向正交。

优选地，所述位姿操控致动装置还包括第一适配件及第二适配件，所述第一适配件连接于所述夹持件与所述第一滑块之间，所述第二适配件连接于所述夹持件与所述第二滑块之间，所述第一适配件可转动地连接于所述第一滑块且可平动地连接于所述夹持件的第一支持部，所述第二适配件可转动地连接于所述第二滑块且固定于所述夹持件的第二支持部。

根据一个替代方案，所述第二适配件可转动地连接于所述第二滑块且可平动地连接于所述夹持件的第二支持部，所述第一适配件可转动地连接于所述第一滑块且固定于所述夹持件的第一支持部。

优选地，所述位姿操控致动装置还包括第一转接件及第二转接件，所述第一转接件可转动地连接于所述第一适配件与所述第一滑块之间，所述第二转接件可转动地连接于所述第二适配件与所述第二滑块之间。

优选地，所述第一转接件关于第一转轴可枢转地连接于所述第一适配件及关于第二转轴可枢转地连接于所述第一滑块。

优选地，所述第一转轴与所述第二转轴正交。

优选地，所述第二转接件关于第三转轴可枢转地连接于所述第二适配件及关于第四转轴可枢转地连接于所述第二滑块。

优选地，所述第三转轴与所述第四转轴正交。

优选地，所述位姿操控致动装置还包括第一纵向驱动件、第二纵向驱动件、第一横向驱动件及第二横向驱动件，所述第一纵向驱动件固定于所述第一臂，所述第二纵向驱动件固定于所述第二臂，所述第一横向驱动件固定于所述第一滑块，所述第二横向驱动件固定于所述第二滑块，其中所述第一纵向驱动件相对于所述支架的位移，带动所述第一臂相对于所述支架平动；所述第二纵向驱动件相对于所述支架的位移，带动所述第二臂相对于所述支架平动；所述第一横向驱动件相对于所述第一臂的位移，带动所述第一滑块相对于所述第一臂平动；所述第二横向驱动件相对于所述第二臂的位移，带动所述第二滑块相对于所述第二臂平动。

优选地，所述位姿操控致动装置还包括锁固支座及可相对于所述锁固支座位移的锁固块，所述第一纵向驱动件、第二纵向驱动件、第一横向驱动件及第二横向驱动件穿设于所述锁固支座及所述锁固块，其中所述锁固块可相对于所述锁固支座沿第一方向位移，及沿着与第一方向相反的第二方向位移。其中所述锁固块沿第一方向的位移将所述第一纵向驱动件、第二纵向驱动件、第一横向驱动件及第二横向驱动件锁紧于所述锁固支座。所述锁固块沿第二方向的位移将所述第一纵向驱动件、第二纵向驱动件、第一横向驱动件及第二横向驱动件从所述锁固支座放松，使得所述第一纵向驱动件、第二纵向驱动件、第一横向驱动件及第二横向驱动件可相对于所述锁固支座移动。

优选地，所述位姿操控致动装置还包括固定于所述锁固块的锁固驱动件，其中所述锁固驱动件相对于所述所述锁固支座的移动，带动所述锁固块相对于所述锁固支座沿第一方向及第二方向中的一个方向位移。

优选地，所述位姿操控致动装置还包括第一纵向驱动器、第二纵向驱动器、第一横向驱动器、第二横向驱动器及锁固驱动器；所述第一纵向驱动件固定于所述第一纵向控制器，所述第二纵向驱动件固定于所述第二纵向控制器，所述第一横向驱动件固定于所述第一横向控制器，所述第二横向驱动件固定于所述第二横向控制器，所述锁固驱动件固定于所述锁固控制器。

附图简要说明

在附图中，相同的附图标记指代相同或功能相似的元件、连接方式、位移方式或技术特征，并配合下面的详细描述包含在说明书中并形成说明书的一部分，用以根据本发明描述各实施例及相关技术方案。

图1是根据本发明的一个实施例位姿操控致动装置的部分前视立体图；

图2是图1所示位姿操控致动装置的部分剖视立体图；

图3是图1所示位姿操控致动装置的部分分解立体图；

图4是图1所示位姿操控致动装置及执行件的多个位姿的立体图；

图5是图1所示位姿操控致动装置的执行件的多个位姿的立体图；

图6是图1所示位姿操控致动装置的后视立体图；

图7是图1所示位姿操控致动装置的基座的仰视立体图；

图8是图1所示位姿操控致动装置包括锁固支座及驱动器的立体图；

图9是图8所示的位姿操控致动装的锁固支座及相关连接部件的放大立体图；

图10是图9所示锁固支座及相关连接部件的部分剖视立体图。

本领域技术人员可以理解，附图中的装置、组件及诸元件为了配合说明书示出。一些或全部附图可能未按照实际比例描绘。例如，图中一些元件的尺寸可能相对于其他元件被放大，以示出图中的相关细节。

发明详细描述

如图1至图5所示，根据本发明一个实施例的位姿操控致动装置10包括支架100、固定于支架100的基座190、可平动地连接于支架100的第一臂110、可平动地连接于第一臂110的第一滑块112、可平动地连接于支架100的第二臂120、可平动地连接于第二臂120的第二滑块122及夹持件150。夹持件150具有第一支持部1521及第二支持部1522。夹持件150的第一支持部1521可移动地连接于第一滑块112。夹持件150的第二支持部1522可移动地连接于第二滑块122。

夹持件150是圆柱型套管，通过第一支持部1521及第二支持部1522分别连接于第一滑块112及第二滑块122。诊疗器械152，如探针或其他类似器械穿设于夹持件150中。

位姿操控致动装置10还包括第一适配件118及第二适配件128。第一适配件118连接于夹持件150与第一滑块112之间，第二适配件128连接于夹持件150与第二滑块122之间。

根据一个技术方案，第一适配件118可转动地连接于第一滑块112，且可平动地连接于夹持件150的第一支持部1521。第二适配件128可转动地连接于第二滑块128，且固定于夹持件150的第二支持部1522。

根据一个替代方案，第二适配件128可转动地连接于第二滑块122且可平动地连接于夹持件150的第二支持部1522，第一适配件118可转动地连接于第一滑块112且固定于夹持件150的第一支持部1521。

位姿操控致动装置10还包括第一转接件114及第二转接件124。第一转接件114可转动地连接于第一适配件118与第一滑块112之间，第二转接件124可转动地连接于第二适配件128与第二滑块122之间。

第一适配件118可相对于第一转接件114关于第一纵向转轴114x转动。独立地，第一转接件114可相对于第一滑块112关于与第一纵向转轴114x正交的第一横向转轴114y转动。

类似地且独立地，第二适配件128可相对于第二转接件124关于第二纵向转轴124x转动。独立地，第二转接件124可相对于第二滑块122关于与第二纵向转轴124x正交的第二横向转轴124y转动。

如上所述的位姿操控致动装置10，可以将第一臂110、第一滑块112、第二臂120及第二滑块122相对于支架100的独立、同步、异步、同向或异向位移，分别通过第一转接件114、第一适配件118及第二124转接件、第二适配件128传递至夹持件150及诊疗器械152，带动夹持件150及诊疗器械152作多达四个自由度的运动，从而改变夹持件150及诊疗器械152的位姿，实现多种诊疗操控及致动操作。

在本文中，术语“位姿”指的是本发明装置中定义某元件的相对位置参数及/或自身的体姿方位参数。其中，相对位置参数指的是该元件相对于参照物在其所在的三维空间，即x-y-z三维空间中沿x方向、y方向、z方向中的一个、两个或三个方向的平动后，由移动距离表述的运动状态及位置。体姿方位参数指的是该元件以其本身的参照点为中心的、以仰俯角、偏摆角及翻滚角中的一个、两个或全部相位角所表述的运动状态及方位。

具体地，在本实施例中，支架100上固定有第一主导轨1001及第二主导轨1002。第一臂110上固定有第一辅导轨1101。第二臂120上固定有第二辅导轨1102。第一臂110可平动地连接于第一主导轨1001，从而第一臂110可相对于支架100沿第一方向平动，例如图1及图2所示的沿x方向平动110x。与第一臂110的平动独立地，第二臂120可平动地连接于第二主导轨1002，从而第二臂120可相对于支架100沿第一方向平动，例如图1及图2所示的沿x方向平动120x。

第一滑块112可平动地连接于第一臂110。第二滑块122可平动地连接于第二臂120。独立于第一臂110的平动及第二臂120的平动，第一滑块112可相对于第一臂110沿与第一方向正交的第二方向，如图1及图2所示的y方向平动112y。独立于第一臂110的平动、第二臂120的平动及第一滑块112平动，第二滑块122可相对于第二臂120沿第二方向，即y方向平动122y。由此，可移动地连接于第一滑块112及第二滑块122的夹持件150，可以相对于支架100实现四个自由度的运动。

如本说明书所述的位姿操控致动装置10，可以实现固定于其上的诊疗器械的位姿改变，即在多种运动状态下的位置及/或体姿改变。

在一种运动状态下，当第一臂110及第二臂120相对于支架100做同步及同方向的平动，第一滑块112及第二滑块122分别相对于第一臂110及第二臂120静止时，夹持件150带动固定于夹持件150的诊疗器械152沿方向x改变位置。同时，夹持件150及诊疗器械152本身的体资保持不变，即如图5所示的，夹持件150及诊疗器械152从初始位置p0至第一纵向位置px1的位置改变。在位置改变的过程中，夹持件150及诊疗器械152始终保持相同的体姿。

类似地，第一臂110及第二臂120相对于支架100静止，第一滑块112及第二滑块122分别相对于第一臂110及第二臂120作同步、同方向的平动时，夹持件150带动固定于夹持件150的诊疗器械152沿方向y改变位置。同时，夹持件150及诊疗器械152本身的体资保持不变，即如图5所示的，夹持件150及诊疗器械152从初始位置p0至第一横向位置py1的位置改变。在位置改变的过程中，夹持件150及诊疗器械152始终保持相同的体姿。

进一步地，当第一臂110及第二臂120相对于支架100作同步同方向的平动，同时第一滑块112及第二滑块122分别相对于第一臂110及第二臂120作同步、同方向的平动时，夹持件150带动固定于夹持件150的诊疗器械152在x-y平面范围内改变位置。同时，夹持件150及诊疗器械152本身的体资保持不变。

在另一种运动状态下，当第一臂110及第二臂120中的一个相对于支架100静止，另一个相对于支架100平动时，或当第一臂110及第二臂120相对于支架100做异步或相反方向平动，同时第一滑块112及第二滑块122分别相对于第一臂110及第二臂120静止时，夹持件150及诊疗器械152相对于支架100转动，即如图4(b)及图5所示的、在x-z平面的转动，以及如图5所示的、从初始体姿p0向第一体姿pb1的转动。

类似地，当第一臂110及第二臂120相对于支架100静止，第一滑块112及第二滑块122中的一个，例如第一滑块112相对于第一臂110静止，第二滑块122相对于第二臂120平动时，或当第一滑块112及第二滑块122分别相对于第一臂110及第二臂120作异步或相反方向平动时，夹持件150及诊疗器械152相对于支架100转动，即如图4(c)及图5所示的、在y-z平面的转动，以及如图5所示的、从初始体姿p0向第二体姿pb2的转动。

进一步地，当第一臂110及第二臂120相对于支架100作异步或相反方向平动，同时第一滑块112及第二滑块122分别相对于第一臂110及第二臂120作异步或相反方向平动时，夹持件150及诊疗器械152相对于支架100转动，即如图4(d)所示的、在x-y-z三维空间的转动，以及如图5所示的、从初始位置p0向第三体姿pb3的转动。

如图6及图7所示，位姿操控致动装置10还包括连接于基座190的固定板192及连接于固定板192的连接件194及定位销196。在使用时，位姿操控致动装置10通过基座190及固定板192设置于受检者的相关部位，并通过连接件194及定位销196固定于该相关部位，以进行诊疗操作。

如图3及图8所示，位姿操控致动装置10还包括第一纵向驱动件171、第二纵向驱动件172、第一横向驱动件181及第二横向驱动件182。第一纵向驱动件171、第二纵向驱动件172、第一横向驱动件181及第二横向驱动件182可由适用于核磁仪器设备、具有柔韧性且可以传递轴向力及位移的的材料制成，例如但不限于镍钛合金丝。第一纵向驱动件171固定于第一臂110。第二纵向驱动件172固定于第二臂120。第一横向驱动件181固定于第一滑块112。第二横向驱动件182固定于第二滑块122。第一纵向驱动件171相对于支架100的位移，带动第一臂110相对于所述支架100平动。第二纵向驱动件172相对于支架100的位移，带动第二臂120相对于支架100平动。第一横向驱动件181相对于第一臂110的位移，带动第一滑块112相对于第一臂110平动。第二横向驱动件182相对于第二臂120的位移，带动第二滑块122相对于第二臂120平动。

如图8、图9及图10所示，位姿操控致动装置10还包括锁固支座162及可相对于所述锁固支座162位移的锁固块168。第一纵向驱动件171、第二纵向驱动件172、第一横向驱动件181及第二横向驱动件182穿设于锁固支座162及锁固块168。锁固块168可相对于锁固支座162沿第一方向168a及与第一方向168a相反的第二方向168b位移。其中锁固块168沿第一方向168a的位移将第一纵向驱动件171、第二纵向驱动件172、第一横向驱动件181及第二横向驱动件182锁紧于锁固支座162，以将诊疗器械152的位姿固定。锁固块168沿第二方向168b的位移将第一纵向驱动件171、第二纵向驱动件172、第一横向驱动件181及第二横向驱动件182从锁固支座162放松，使得第一纵向驱动件171、第二纵向驱动件172、第一横向驱动件181及第二横向驱动件182可相对于锁固支座162移动，以调整诊疗器械152的位姿。

位姿操控致动装置10还包括固定于锁固块168的锁固驱动件166。锁固驱动件166通过连接块164固定于锁固块168，且可相对于锁固支座162的移动，带动锁固块168相对于锁固支座162沿第一方向168a或第二方向168b位移。

位姿操控致动装置10还包括多个可独立操控的驱动器169。多个驱动器169分别连接于并驱动第一纵向驱动件171、第二纵向驱动件172、第一横向驱动件181、第二横向驱动件182及锁固驱动件166，以实现对诊疗器械152的多达四个自由度的位姿操控致动以及锁紧/解锁操控。

可以理解，本文所描述的实施例、技术方案及技术特征用于以示例方式呈现本发明，并不旨在以任何方式限制本发明的范围、适用性、操作或配置。本领域技术人员可以对示例性实施例中描述的元件的功能和布置以及操作方法进行各种改变、重组及替换等而不脱离所本说明书所附权利要求所定义的本发明的保护范围。