一种电动末端执行器及穿刺手术机器人的制作方法

本发明涉及医疗器械，具体涉及一种电动末端执行器及穿刺手术机器人。

背景技术：

1、在进行穿刺手术时，采用机器人穿刺可以有效提高穿刺手术的稳定性和精准性，相对于医生进行人工穿刺，采用穿刺手术机器人能够稳定地夹持穿刺针，同时保持穿刺位置和穿刺角度。

2、穿刺手术机器人通过末端执行器夹持穿刺针并进行穿刺进针操作，末端执行器需要具有夹持穿刺针和穿刺进针的功能。此外，末端执行器还要能快速释放穿刺针：患者误动时，快速释放穿刺针可以避免对患者造成伤害；穿刺完成后，需要释放穿刺针，穿刺针与患者一同进行ct扫描以验证穿刺是否到位。

3、现有技术的末端执行器需要手动夹持和释放穿刺针，通过旋钮、螺栓以及与其联动的夹爪等夹持穿刺针，对于设计有两个夹爪分别在针尾和针头夹持穿刺针的方案，更需要手动操作两次，操作复杂费时，不能快速释放，更不能同时释放。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电动末端执行器及穿刺手术机器人，以解决现有技术中对于设计有两个夹爪的电动末端执行器无法实现穿刺针同时快速夹持和释放的问题。

2、为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种电动末端执行器，包括：

3、线性运动单元，包括线性传动单元和用于驱动所述线性传动单元进行传动的传动单元驱动电机；

4、上夹持装置，包括第一端可移动连接所述线性传动单元的上连杆和设置在所述上连杆的第二端的上夹爪，所述上连杆在所述线性运动单元驱动下可沿所述线性传动单元往复移动，所述上夹爪用于夹持穿刺针针尾处的穿刺针紧固件；所述上夹持装置包括力传感器，所述力传感器包括固定基座部分和用于在所述上夹爪夹持所述穿刺针进行穿刺时对所述穿刺针的穿刺力进行检测的力测量部件，所述固定基座部分与所述线性传动单元直接连接，所述力测量部件安装于所述固定基座部分且与所述上连杆固定连接；

5、下夹持装置，包括第一端连接所述线性传动单元的下连杆以及设置在所述下连杆的第二端的下夹爪，所述下夹爪用于夹持所述穿刺针的针身或针尖；

6、夹爪驱动单元，包括夹爪驱动组件、第一传动软轴和第二传动软轴，所述第一传动软轴和第二传动软轴的第一端分别与所述夹爪驱动组件连接并在所述夹爪驱动组件驱动下传输扭矩，所述第一传动软轴和所述第二传动软轴的第二端分别通过第一旋转传动结构和所述第二旋转传动结构连接所述上夹爪和下夹爪；所述第一传动软轴和所述第二传动软轴在所述夹爪驱动组件驱动下同时旋转，并通过所述第一旋转传动结构和所述第二旋转传动结构带动所述上夹爪和所述下夹爪同时打开或同时关闭。

7、可选地，所述第一传动软轴和所述第二传动软轴均为钢丝软轴。

8、可选地，所述夹爪驱动组件包括：

9、夹爪驱动电机；

10、齿轮组件，所述齿轮组件包括与所述夹爪驱动电机的输出轴固定连接的主动齿轮，以及分别与所述主动齿轮啮合的第一从动齿轮和第二从动齿轮，所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮的输出轴分别与所述第一传动软轴和所述第二传动软轴的所述第一端固定连接。

11、可选地，所述线性传动单元远离所述下夹持装置的一端的端部安装有一固定板，所述固定板用于作为所述传动单元驱动电机的安装基础以及隔离电机震动，所述传动单元驱动电机安装在所述固定板上且所述传动单元驱动电机的输出轴穿过所述固定板与所述线性传动单元传动连接；

12、所述夹爪驱动组件也安装在所述固定板上。

13、可选地，所述夹爪驱动电机和所述主动齿轮的安装位置与所述线性传动单元的位置相对应，所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮分布在所述线性传动单元的左右两侧，相应的，所述第一传动软轴和所述第二传动软轴分别从所述线性传动单元左右两侧的空间绕过连接到所述上夹爪和所述下夹爪。

14、可选地，所述上夹爪包括与所述上连杆固定连接的上固定部，以及相互铰接的第一爪臂和第二爪臂，所述第一爪臂具有第一夹持部，所述第二爪臂具有与所述第一夹持部对应的第二夹持部，所述第一夹持部与所述第二夹持部共同形成用于夹持所述穿刺针紧固件的上夹持腔；

15、所述第一旋转传动结构包括：设置在所述第一传动软轴的所述第二端的上夹爪驱动轴、贯穿所述第一爪臂和第二爪臂的第一螺纹孔和第二螺纹孔；所述上夹爪驱动轴上设有分别与所述第一螺纹孔和第二螺纹孔螺纹配合的第一螺纹段和第二螺纹段，所述第一螺纹孔和第二螺纹孔的螺纹旋向相反以使所述上夹爪驱动轴旋转时，所述第一爪臂和所述第二爪臂能够相对打开或关闭。

16、可选地，所述下夹爪包括与所述下连杆固定连接的下固定部，以及相互铰接的第三爪臂和第四爪臂，所述第三爪臂与所述第四爪臂共同形成用于夹持所述穿刺针针身或针尖的下夹持腔；

17、所述第二旋转传动结构包括：设置在所述第二传动软轴的所述第二端的下夹爪驱动轴、贯穿所述第三爪臂和第四爪臂的第三螺纹孔和第四螺纹孔；所述下夹爪驱动轴上设有分别与所述第三螺纹孔和第四螺纹孔螺纹配合的第三螺纹段和第四螺纹段，所述第三螺纹孔和第四螺纹孔的螺纹旋向相反以使所述下夹爪驱动轴旋转时，所述第三爪臂和所述第四爪臂能够相对打开或关闭。

18、可选地，所述上夹爪和所述下夹爪的开口朝向相反；所述上夹爪和所述下夹爪设置为均能够相对打开超过90°的夹角，以使所述上夹爪和所述下夹爪在上下对应空间形成用于所述穿刺针退出所述电动末端执行器的退针通道。

19、可选地，所述穿刺针紧固件包括：

20、紧固夹，呈筒状，内部设有供穿刺针穿设的穿刺腔，外侧壁开设有贯穿所述紧固夹的上下两端、供穿刺针从侧向脱出的第一侧向槽；所述紧固夹设置为具有适当的弹性以使其在外力施压时能够变形；

21、紧固套，用于套设在所述紧固夹的外侧，具有向所述紧固夹施压以使其收缩变形进而夹紧所述穿刺针的第一工作位置，以及松开所述紧固夹使其恢复形变，并允许所述穿刺针从所述第一侧向槽退针的第二工作位置。

22、可选地，所述紧固夹的第一端设置为外径逐渐变小的圆台端，第二端设有第一紧固结构；所述紧固套的第一端设置为与所述圆台端相适配的缩口端，第二端设有与所述第一紧固结构形成紧固配合的第二紧固结构；

23、所述紧固套适于从所述紧固夹的所述圆台端沿轴向移动套接于所述紧固夹的外侧，在所述第一工作位置，所述紧固套的缩口端挤压所述紧固夹的圆台端以使所述紧固夹收缩变形，且所述第二紧固结构与所述第一紧固结构形成紧固配合，在所述第二工作位置，所述第二紧固结构与所述第一紧固结构解除紧固配合，且所述缩口端离开所述圆台端以使所述紧固夹恢复形变。

24、可选地，所述第一紧固结构为成型于所述紧固夹的外螺纹，所述第二紧固结构为成型于所述紧固套的内螺纹。

25、可选地，所述紧固套的外侧壁开设有贯穿所述紧固套上下两端第二侧向槽；在所述第一工作位置，所述第二侧向槽与所述第一侧向槽错位；在所述第二工作位置，所述第二侧向槽与所述第一侧向槽对应连通以形成供所述穿刺针退针的退针槽。

26、可选地，所述紧固夹圆台端设置为外侧壁开设有多个切缝的多瓣结构。

27、可选地，所述紧固套的硬度大于所述紧固夹的硬度。

28、可选地，所述紧固夹为塑料材质，所述紧固套为硬塑料或金属材质。

29、可选地，所述紧固夹的第二端的端部设有紧固夹帽；在所述第一工作位置，所述紧固套的外表面与所述紧固夹帽的外表面平齐。

30、本发明第二方面提供一种穿刺手术机器人，包括上述第一方面提供的所述的电动末端执行器。

31、本发明技术方案，具有如下优点：

32、本发明提供的电动末端执行器，首先，通过上夹持装置和下夹持装置分别对穿刺针的针尾和针尖的把持，使得穿刺针在穿刺过程中不易弯曲；其次，通过夹爪驱动组件、第一传动软轴、第二传动软轴、第一旋转传动结构和第二旋转传动结构的设置，使得上夹爪和下夹爪在第一传动软轴和第二传动软轴的传动下能够同时打开和关闭，从而实现对穿刺针的针尾和针尖的同时夹持或同时释放；再者，在穿刺进针时，两个传动软轴可以顺应上夹爪和下夹爪的运动而弯曲，在夹持或释放穿刺针时，两个传动软轴可以在转动的同时顺应夹爪驱动轴前后左右的摆动，传动结构简单，实现了复杂的功能，此外由于第一传动软轴和第二传动软轴只传输扭矩，而不传输轴向力，因此避免第一传动软轴和第二传动软轴在传力过程中对上夹持装置和下夹持装置的受力造成干扰。

33、本发明提供的电动末端执行器，夹爪驱动组件包括一个夹爪驱动电机和齿轮组件，齿轮组件包括与夹爪驱动电机的输出轴固定连接的主动齿轮和分别与第一传动软轴和第二传动软轴连接的第一从动齿轮和第二从动齿轮，通过一个夹爪驱动电机、齿轮组件以及两个传动软轴的设置，实现了一个电机驱动两个夹爪，且满足两个夹爪同时夹持或释放的使用需求，节省了安装空间和成本。

34、本发明提供的电动末端执行器在实现穿刺针的穿刺手术操作的同时，通过夹爪驱动装置的驱动，使得第一传动软轴带动第一螺纹轴驱动上夹爪动作，使得上夹爪在夹持时可自锁并且可靠的夹持穿刺针，在患者发生误动时，电动末端执行器能够快速释放穿刺针，避免对患者造成伤害。