穿刺机器人主操作装置、穿刺机器人及其操作方法与流程

1.本发明涉及医疗器械技术领域，尤其是涉及一种穿刺机器人主操作装置、穿刺机器人及其操作方法。


背景技术：

2.由于健康体检的普及，接受胸部ct的人越来越多，ct引导下的经皮穿刺手术是临床上应用较多的一种手术，其就是在ct图像的引导下，将穿刺针插入人体病灶并能获取病理组织的一种手术，经过病理检测，确定最适合患者的治疗方案。但ct设备的工作原理是通过x射线扫描形成图像的，x射线有较强的辐射，在ct设备旁边完成穿刺手术会让医生长期暴露在辐射环境中，严重影响医生的健康。
3.主从遥操作模式是针对该应用场景兴起的操作模式，该模式可以实现医生在不受ct辐射的前提下进行穿刺手术，在该操作模式下，主端操作装置用于操控从端装置进行穿刺或停止穿刺动作，现有技术中主端操作装置大多包括方向调整部件、深度调整部件以及使机器人进入主从映射模式的触发机构，但是这些部件体积较大、且彼此之间的装配关系较为繁琐与复杂，实际操作过程中会受到较大限制，例如方向调整部件中，现有技术包含方向旋转机构、电机等装置，所占据的空间较大；再例如现有技术中触发机构采用光纤连接的光电式传感器传输信号，不但光电式传感器的接收件和发射件需要占用的空间较大，而且接收件和发射件之间需要通过线缆连接，在使用同一空间内的其他部件时可能会碰触到该线缆导致光电传感器失效。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种穿刺机器人主操作装置、穿刺机器人及其操作方法，以缓解了现有技术中存在的主端操作装置占用体积大，且容易触碰线缆影响传感器的正常使用的技术问题。
5.第一方面，本发明提供的穿刺机器人主操作装置，包括固定基座，还包括：姿态调节组件、深度调节组件和主控单元；姿态调节组件包括转动基座、姿态调节器、弹性件和传感器构件，转动基座与固定基座通过姿态调节器装配，以使转动基座能够围绕固定基座沿第一方向和第二方向摆动，转动基座摆动时挤压弹性件，传感器构件用于感知转动基座的摆动角度信息并将信息输送给主控单元；其中，深度调节组件包括使能按键，使能按键包括压块、导电条、开关机构和约束机构，按压压块时，按压力使得开关机构能够向内移动或具有向内移动的趋势，约束机构的约束力能够阻止开关机构向内移动或向内移动的趋势，按压力克服约束力以使开关机构碰触导电条，形成电连通的闭合回路。
6.在可选的实施方式中，开关机构设置为弹性片，约束机构设置为抵接凸起；
压块的内侧与弹性片抵接；按压压块时，弹性片与抵接凸起抵接，由于抵接点受到应力作用，弹性片的两端部向相互远离的方向移动，以使弹性片的两端部与两个导电条抵接；弹性片与导电条抵接时，主控单元与两个导电条之间形成闭合通路，主控单元开启。
7.在可选的实施方式中，深度调节组件的滑环和滑杆均对应开设有缺口，压块设置于缺口内，抵接凸起与滑环连接；弹性片为u形结构；滑杆的内侧对称设置有两个凹槽，凹槽内设置有隔电块，导电条安装于隔电块上，导电条与主控单元电连接；在可选的实施方式中，开关机构设置为动触片，压块的内侧与动触片抵接，约束机构包括弹簧和抵接块；弹簧的一端与抵接块连接，弹簧的另一端与动触片连接；按压压块时，弹簧处于压缩状态，动触片朝向内侧移动，动触片的两端部与导电条抵接；动触片与导电条抵接时，主控单元与两个导电条之间形成闭合通路，主控单元开启。
8.在可选的实施方式中，抵接块与深度调节组件的滑环连接，深度调节组件的滑环和滑杆均对应开设有缺口，压块设置于缺口内；动触片为u形结构；滑杆的内侧对称设置有两个凹槽，凹槽内设置有隔电块导电条安装与隔电块上，导电条与主控单元电连接。
9.在可选的实施方式中，深度调节组件包括滑杆、滑环和深度检测构件；滑杆固定在转动基座上，滑环滑动连接于滑杆上，滑杆的轴线为第三方向，深度检测构件用于检测滑环在第三方向上的位移，并将位移信息输送给主控单元；第一方向、第二方向和第三方向两两相互垂直；使能按键设置于滑环上，导电条形成电连通的闭合回路时，主控单元根据检测到的沿第一方向和第二方向的摆动角度信息以及第三方向上的位移信息，对应控制从端机械臂沿相同方向做相同动作。
10.在可选的实施方式中，深度检测构件还包括深度调节电机、电机编码器、同步轮和同步带；两个同步轮一上一下设置于滑杆内，同步带绕设于两个同步轮，同步带通过压板固定在滑环上，以使同步带能够与滑环一同移动，且同步轮同步转动；深度调节电机与其中一个同步轮传动装配，以使深度调节电机的驱动端与同步轮同步转动，电机编码器与深度调节电机联接，用于读取深度调节电机驱动端的角度变化；主控单元用于检测从端机械臂受到的阻力，并根据阻力信息对应控制深度调节电
机，以产生反馈阻力。
11.在可选的实施方式中，深度调节组件还包括深度调节电机、电机编码器、传动构件、转动丝杠和丝杠螺母；转动丝杠设置于滑杆内，丝杠螺母与转动丝杠螺纹连接，且丝杠螺母与滑环连接，以使滑环能够沿着转动丝杠移动；深度调节电机通过传动构件与转动丝杠传动装配，以使深度调节电机的驱动端与转动丝杠同步转动，电机编码器与深度调节电机联接，用于读取深度调节电机驱动端的角度变化；主控单元用于检测从端机械臂受到的阻力，并根据阻力信息对应控制深度调节电机，以产生反馈阻力。
12.在可选的实施方式中，姿态调节组件还包括压盖和导向柱；姿态调节器的端部设置有球铰结构，压盖用于将球铰结构固定在固定基座内；导向柱设置有多个，多个导向柱呈阵列排布于固定基座上，导向柱外均套设有弹性件，弹性件设置于固定基座与转动基座之间，多个弹性件用于使转动基座能够复位到与固定基座平行的位置。
13.在可选的实施方式中，传感器构件包括传感器基板和压力传感器；压力传感器设置有多个，多个压力传感器以传感器基板的中部为中心呈十字排布，以使传感器基板在第一方向上的两侧上对称设置有压力传感器，传感器基板在第二方向上的两侧上对称设置有压力传感器；转动基座的底部下表面设置有多个凸点，压力传感器与凸点对应，转动基座在进行摆动时，凸点与压力传感器接触形成压力，压力传感器用于检测压力，以通过压力信息对应判断转动基座的状态。
14.在可选的实施方式中，穿刺机器人主操作装置还包括提示灯；提示灯设置于滑杆的顶部，提示灯包括多个指示灯珠，多个指示灯珠均与主控单元电连接，主控单元根据摆动角度信息以及位移信息对应控制指示灯珠亮起。
15.第二方面，本发明提供的穿刺机器人，包括从端机械臂和穿刺机器人主操作装置；从端机械臂根据主控单元读取的摆动角度信息以及位移信息做相同运动；从端机械臂设置有六维力传感器，六维力传感器用于检测从端机械臂受到的阻力，并将阻力信息传递至主控单元中，主控单元根据阻力信息对应施加反馈阻力。
16.第三方面，本发明提供的基于穿刺机器人的操作方法，包括以下步骤：按压压块，按压力带动开关机构移动或具有向内移动的趋势，约束机构的约束力阻止开关机构向内移动或向内移动的趋势，以使开关机构碰触导电条，主控单元开启，进入主从映射模式；转动滑杆，以使转动基座相对于固定基座转动，主控单元读取传感器构件检测到的转动基座沿第一方向和第二方向的摆动角度信息，对应控制从端机械臂沿第一方向和第
二方向做相同的摆动；带动滑环沿着滑杆移动，主控单元读取深度检测构件检测到的滑环在第三方向上的位移信息，对应控制从端机械臂沿第三方向做相同运动。
17.在可选的实施方式中，还包括以下步骤：计算从端机械臂带动实际穿刺针摆动的安全角度范围，当主控单元读取到的转动基座在第一方向和第二方向上的摆动角度变化超出安全角度范围时，主控单元断开与从端机械臂的信号传输；计算从端机械臂带动实际穿刺针进针的安全深度范围，当主控单元读取到的滑环在第三方向上的位移变化超出安全深度范围时，主控单元控制深度调节电机堵转，以阻止滑环的滑动。
18.本发明提供的穿刺机器人主操作装置，在ct室外医护人员操作主操作装置时，转动基座围绕固定基座沿第一方向和第二方向摆动，通过传感器构件感知转动基座的摆动角度，并将摆动角度信息传递至主控单元，尤其是本发明采用转动基座摆动挤压弹性件来调控姿态方向的技术方案，相对于现有技术而言所占用的空间体积显著减小，整体主操作装置更小巧便捷；并且，通过按压压块，压块带动开关机构向内移动或具有向内移动的趋势，约束机构抵住开关机构，开关结构即可碰触到导电条，形成电连通的闭合回路，进而进入到主从映射模式，整体装置体积更小，且使用该方案无需在滑杆内额外布置线缆，利用导电条即可实现连通，不仅缓解了现有技术中存在的主端操作装置占用体积大，而且也解决了容易触碰线缆影响传感器的正常使用的技术问题。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明实施例提供的穿刺机器人主操作装置的整体结构示意图；图2为本发明实施例提供的穿刺机器人主操作装置中姿态调节组件的爆炸结构示意图；图3为本发明实施例提供的穿刺机器人主操作装置中姿态调节组件与转动基座的安装结构示意图；图4为本发明实施例提供的穿刺机器人主操作装置中深度调节组件第一实施方式下的结构示意图；图5为本发明实施例提供的穿刺机器人主操作装置中深度调节组件第一实施方式下的内部结构示意图；图6为本发明实施例提供的穿刺机器人主操作装置中深度调节组件第二实施方式下的内部结构示意图；图7为本发明实施例提供的穿刺机器人主操作装置中使能按键第一实施方式下的安装结构示意图；
图8为本发明实施例提供的穿刺机器人主操作装置中使能按键第一实施方式下的结构剖视图；图9为本发明实施例提供的穿刺机器人主操作装置中使能按键第二实施方式下的安装结构示意图；图10为本发明实施例提供的穿刺机器人主操作装置中使能按键第二实施方式下的结构剖视图；图11为本发明实施例提供的穿刺机器人主操作装置中提示灯与传感器构件的对应关系图；图12为本发明实施例提供的穿刺机器人主操作装置角度调节使用场景图；图13为本发明实施例提供的穿刺机器人主操作装置深度调节使用场景图。
21.图标：10-姿态调节组件；11-固定基座；12-姿态调节器；13-压盖；14-导向柱；15-弹性件；16-传感器基板；161-压力传感器；20-深度调节组件；21-转动基座；211-凸点；221-深度调节电机；222-电机编码器；231-电机锥齿轮；232-丝杠锥齿轮；233-转动丝杠；234-丝杠螺母；23-滑杆；24-滑环；241-抵接凸起；242-抵接块；25-使能按键；251-压块；252-弹性片；253-导电条；254-隔电块；255-弹簧；256-动触片；26-提示灯；261-指示灯珠；27-同步轮；28-同步带；29-压板；30-主控单元；40-从端机械臂；50-实际穿刺针；60-六维力传感器。
具体实施方式
22.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.ct引导下的经皮穿刺手术是临床上应用较多的一种手术，但ct设备的工作原理是通过x射线扫描形成图像的，x射线有较强的辐射，在ct设备旁边完成穿刺手术会让医生长期暴露在辐射环境中，严重影响医生的健康。
24.有鉴于此，实施例一，如图1所示，本实施例提供的穿刺机器人主操作装置，包括固定基座11，还包括：姿态调节组件10、深度调节组件20和主控单元30；姿态调节组件10包括转动基座21、姿态调节器12、弹性件15和传感器构件，固定基座11为板状结构，转动基座21与固定基座11通过姿态调节器12装配，以使转动基座21能够围绕固定基座11沿第一方向和第二方向摆动，转动基座21摆动时挤压弹性件15，传感器构件用于感知转动基座21的摆动角度信息并将信息输送给所述主控单元30，姿态调节器12的一端铰接于固定基座11，使姿态调节器12能够相对于固定基座11自由转动，传感器构件设置于固定基座11上。
25.深度调节组件20包括滑杆23、滑环24和深度检测构件，滑杆23的端部固定在转动基座21的顶面上，滑环24滑动连接于滑杆23上，使滑环24能够沿着滑杆23移动，滑杆23的轴线为第三方向，即滑环24能够在第三方向上移动，深度检测构件用于检测滑环24在第三方向上的位移。
26.其中，转动基座21与姿态调节器12远离所述固定基座11的另一端连接，使转动基座21能够通过姿态调节器12相对于固定基座11沿第一方向和第二方向摆动，第一方向、第二方向和第三方向两两相互垂直，传感器构件检测转动基座21沿第一方向和第二方向的摆
动角度。
27.综上，由于滑杆23是固定在转动基座21上，使滑杆23能够随同转动基座21一同相对于固定基座11转动，即滑杆23能够沿着第一方向和第二方向摆动，医护人员握持推动滑杆23，滑杆23与转动基座21一同沿着第一方向和第二方向转动，传感器构件检测转动基座21沿第一方向和第二方向的转动角度，并将该角度信息传递至主控单元30中，主控单元30根据检测到的第一方向和第二方向的摆动角度信息对应控制从端机械臂40沿第一方向和第二方向做相同的摆动动作，即可控制实际穿刺针50的摆动。
28.由于滑环24能够沿着滑杆23在第三方向上滑动，利用深度检测构件检测滑环24的滑动位移，并将该位移信息传递至主控单元30中，主控单元30根据检测到的滑环24在第三方向上的位移信息，对应控制从端机械臂40沿第三方向上做相同位移动作，即可控制实际穿刺针50在深度方向上的移动。
29.在可选的实施方式中，如图2、图3所示，姿态调节组件10还包括压盖13、导向柱14和弹性件15；姿态调节器12的端部设置有球铰结构，压盖13将球铰结构固定在固定基座11内，姿态调节器12通过端部的球铰结构实现与固定基座11的铰接。
30.导向柱14设置有多个，具体可设置为四个，四个导向柱14呈阵列排布于固定基座11上，导向柱14外均套设有弹性件15，所述弹性件15设置于所述固定基座11与所述转动基座21之间，弹性件15的一端与固定基座11连接，弹性件15的另一端与转动基座21连接，弹性件15具体设置为压缩弹簧255，多个弹性件15使转动基座21能够复位到与固定基座11平行的位置，即滑杆23卸除推动力时，滑杆23能够复位到与固定基座11相互垂直的位置。
31.需要注意的是，导向柱14远离固定基座11的一端与转动基座21之间具有一定的间隙，避免转动基座21被导向柱14抵住，影响转动基座21的转动。
32.另外，可选择的在转动基座21的底部设置有导向凸起，导向凸起伸入到弹性件15中，起到为弹性件15导向的作用，保证导向凸起与导向柱14之间具有一定间隙即可。
33.在可选的实施方式中，传感器构件包括传感器基板16和压力传感器161；压力传感器161设置有多个，多个压力传感器161以传感器基板16的中部为中心呈十字排布，以使传感器基板16在第一方向上的两侧上对称设置有压力传感器161，传感器基板16在第二方向上的两侧上对称设置有压力传感器161；较佳地，压力传感器161设置为四个，其中两个压力传感器161沿着第一方向对称设置于传感器基板16在第一方向上的两侧，另外两个压力传感器161沿着第二方向对称设置于传感器基板16在第二方向上的两侧。
34.具体而言，如图11所示，传感器基板16上呈十字排布有四个压力传感器161，沿着第一方向对称设置的两个压力传感器161记为a+传感器和a-传感器，沿着第二方向对称设置的两个压力传感器161记为b+传感器和b-传感器，a-，a+，b-和b+代表四个方位，转动基座21的底部下表面设置有多个凸点211，压力传感器161与凸点211对应，转动基座21在进行摆动时，凸点211与压力传感器161接触形成压力，压力传感器161用于检测该压力，以通过压力信息对应判断转动基座21的状态；较佳地，凸点211设置有四个，四个凸点211一一对应抵接在四个压力传感器161上，滑杆23被推动时，转动基座21相对于固定基座11转动，转动基座21下表面的凸点211下压对应位置的压力传感器161，压力传感器161检测凸点211的压力，通过压力信息对应判断转动基座21的摆动角度。
35.特别地，压力传感器161与凸点211可以是一一对应，也可以不一一对应，即压力传
感器161的数量可以与凸点211的数量相同，也可以压力传感器161的数量与凸点211的数量不同，较佳地，压力传感器161的数量多于凸点211的数量。
36.在可选的实施方式中，如图4、图5所示，深度检测构件具有两种实施方式，第一种实施方式深度检测构件还包括深度调节电机221、电机编码器222、同步轮27和同步带28；两个同步轮27一上一下设置于滑杆23内，同步带28绕设于两个同步轮27，同步带28通过压板29固定在滑环24上，滑环24沿着滑杆23移动时，带动同步带28一起上下移动，从而同步带28带动同步轮27同步转动；深度调节电机221与其中一个同步轮27传动装配，在同步轮27转动时，深度调节电机221的驱动端与同步轮27同步转动，电机编码器222与深度调节电机221联接，电机编码器222读取深度调节电机221驱动端的角度变化，进而可以计算出滑环24平移的距离；电机编码器222电连接于主控单元30，主控单元30得知滑环24平移的距离，实时控制ct室内的从端机械臂40带着实际穿刺针50沿相同的方向运动相同的深度。
37.从端机械臂40末端有一个六维力传感器60，六维力传感器60可以采集实际穿刺针50在穿刺过程中所受的阻力，读取到实际穿刺针50在穿刺过程中所受的阻力后，将该阻力通过深度调节电机221传递给同步轮27上，阻止同步轮27转动，即可通过滑环24让医护人员感知到实际进针时的阻力。
38.如图6所示，为深度检测构件的第二种实施方式，深度调节组件20还包括深度调节电机221、电机编码器222、传动构件、转动丝杠233和丝杠螺母234；转动丝杠233设置于滑杆23内，丝杠螺母234与转动丝杠233螺纹连接，且丝杠螺母234与滑环24连接，使滑环24通过丝杠螺母234沿着转动丝杠233移动；深度调节电机221通过传动构件与转动丝杠233传动装配，传动构件包括电机锥齿轮231和丝杠锥齿轮232，电机锥齿轮231固定安装在深度调节电机221的驱动端上，丝杠锥齿轮232安装在转动丝杠233的端部，电机锥齿轮231和丝杠锥齿轮232之间啮合连接，即可使深度调节电机221的驱动端与转动丝杠233同步转动，电机编码器222与深度调节电机221联接，用于读取深度调节电机221驱动端的角度变化，并将该角度变化信息传递至主控单元30中，计算出滑环24的平移距离。
39.在上述实施例的基础上，在可选的实施方式中，为了防止操作人员误动滑杆23，导致从端机械臂40出现非预期的运动，滑环24设置有使能按键25，使能按键25与主控单元30信号连接，使能按键25用于控制主控单元30的工作，使能按键25处于触发状态时，主控单元30与从端机械臂40信号传输，只有使能按键25处于触发状态时，才会进入主从映射模式，即控制从端机械臂40做相同运动。
40.使能按键25包括压块251、导电条253、开关机构和约束机构，按压压块251时，按压力使得开关机构能够向内移动或具有向内移动的趋势，约束机构的约束力能够阻止开关机构的向内移动或向内移动的趋势，按压力克服约束力以使开关机构碰触导电条253，形成电连通的闭合回路。
41.如图7、图8所示，作为使能按键25的第一种实施方式，开关机构设置为弹性片252，约束机构设置为抵接凸起241，在该实施方式中，使能按键25包括压块251、弹性片252、导电条253、抵接凸起241和隔电块254；滑环24和滑杆23均对应开设有缺口，压块251设置于缺口内，压块251的内侧与弹性片252抵接，弹性片252为u形结构；滑杆23的内侧对称设置有两个凹槽，凹槽内设置有隔电块254，导电条253安装于隔电块254上，导电条253通长设置，导电条253与主控单元30电连接，两个导电条253分别与主控单元30的正负极电连接；抵接凸起
241作为使能按键25的一部分，设置在滑环24内壁水平延伸的连接边上，按压压块251时，弹性片252与抵接凸起241抵接，由于抵接点受到应力作用，弹性片252的两端部向相互远离的方向移动，以使弹性片252的两端部与两个导电条253抵接；弹性片252与导电条253抵接时，主控单元30与两个导电条253之间形成闭合通路，主控单元30开启。
42.具体而言，操作人员两手指握住滑环24，大拇指按压压块251，将按压力传递到弹性片252，弹性片252向前运动，当弹性片252接触到抵接凸起241时，抵接凸起241阻止弹性片252继续向前运动，弹性片252的两翼即绕241向外张开，接触导电条253，使两个导电条253导通，形成闭合回路，进而进入主从映射模式，即将使能按键25触发的信号传递给主控单元30，此时操作人员可以通过滑环24同时调整穿刺针的方向和深度。
43.如图9、图10所示，作为使能按键25的第二种实施方式，开关机构设置为动触片256，约束机构包括弹簧255和抵接块242，在该实施方式中，使能按键25包括压块251、导电条253、隔电块254、弹簧255、动触片256和抵接块242；滑环24和滑杆23均对应开设有缺口，压块251设置于缺口内，压块251的内侧与动触片256抵接，动触片256为u形结构；滑杆23的内侧对称设置有两个凹槽，凹槽内设置有隔电块254，导电条253安装于隔电块254上，导电条253通常设置，导电条253与主控单元30电连接；抵接块242作为使能按键25的一部分，设置在滑环24内，弹簧255的一端与抵接块242连接，弹簧255的另一端与动触片256连接；按压压块251时，弹簧255处于压缩状态，动触片256朝向内侧移动，动触片256的两端部与导电条253抵接。
44.具体而言，操作人员两手指握住滑环24，大拇指按压压块251，弹簧255压缩，动触片256向前运动，动触片256的端部接触导电条253，使两个导电条253导通，形成闭合回路，进而进入主从映射模式。
45.在上述实施例的基础上，在可选的实施方式中，穿刺机器人主操作装置还包括提示灯26；提示灯26设置于滑杆23的顶部，提示灯26包括多个指示灯珠261，多个指示灯珠261均与主控单元30电连接，主控单元30根据摆动角度信息以及位移信息对应控制指示灯珠261亮起。
46.具体而言，指示灯珠261可设置为五个，且其中四个指示灯珠261在灯板上呈十字排布，四个指示灯珠261分别与四个压力传感器161一一对应，例如当a+压力传感器161压力增加时，a+对应的提示灯26珠亮起，提示ct室内的穿刺针将缓慢的沿a+方向运动，整个调整过程中，人眼盯着实时ct图像，当到达指定角度时，不再往a+方向施加力，压力传感器161压力降低，a+压力传感器161对应的提示灯26珠熄灭，ct室内的穿刺针停止方向调节；并且，在灯板的中心位置设置另一个提示灯26珠，当滑环24滑动，调节实际穿刺针50深度方向时，位于中心位置的提示灯26珠亮起，当操作人员松开使能按键25时，中间的提示灯26珠熄灭，退出主从映射模式。
47.本实施例提供的穿刺机器人主操作装置，在ct室外医护人员主操作装置时，转动基座21围绕固定基座11沿第一方向和第二方向摆动，通过传感器构件感知转动基座21的摆动角度，并将摆动角度信息传递至主控单元30，并且，通过按压压块251，压块251带动开关机构向内移动或具有向内移动的趋势，约束机构抵住开关机构，开关结构即可碰触到导电条253，形成电连通的闭合回路，进而进入到主从映射模式，整体装置体积更小，无需使用线缆，缓解了现有技术中存在的主端操作装置占用体积大，且容易触碰线缆影响传感器的正
常使用的技术问题。
48.实施例二，本实施例提供的穿刺机器人，包括从端机械臂40和穿刺机器人主操作装置；从端机械臂40根据主控单元30读取的摆动角度信息以及位移信息做相同运动；从端机械臂40设置有六维力传感器60，六维力传感器60用于检测从端机械臂40受到的阻力，并将阻力信息传递至主控单元30中，主控单元30根据阻力信息对应控制深度调节电机221转动，施加反馈阻力，使医护人员在穿刺过程中，能感知到从端的穿刺力，该力反馈能降低手术风险和不确定性，使遥控操作穿刺的过程更直观准确，手术更加安全。
49.如图12、图13所示，实施例三，本实施例提供的穿刺机器人的操作方法，包括以下步骤：按压压块251，按压力带动开关机构移动或具有向内移动的趋势，约束机构的约束力阻止开关机构向内移动或向内移动的趋势，以使开关机构碰触导电条253，主控单元30开启，进入主从映射模式；转动滑杆23，以使转动基座21一同与滑杆23相对于固定基座11转动，主控单元30读取传感器构件检测到的转动基座21沿第一方向和第二方向的摆动角度信息，对应控制从端机械臂40沿第一方向和第二方向做相同的摆动，即调整实际穿刺针50的摆动角度；带动滑环24沿着滑杆23移动，主控单元30读取深度检测构件检测到的滑环24在第三方向上的位移信息，对应控制从端机械臂40沿第三方向做相同运动，即调整实际穿刺针50的深度穿刺。
50.另外，可以设定安全调整范围，ct室内，从端机械臂40和病人一起扫ct后，导航定位软件对ct图像重建，图像重建后即可知道从端机械臂40和病灶的相对位置，进而可以计算从端机械臂40需要带着实际穿刺针50调整的角度δa和δb以及进针的深度δz，δa、δb和δz就是安全调整范围，当主端姿态的调节位于安全范围内，主端可以正常控制从端机械臂40调节姿态，当主端的调节将要超出安全范围时，主控单元30会自动断开主从映射关系，主操作手的姿态调节动作无法映射到从端机械臂40，当主端深度的调节位于安全范围内，主端可以正常控制从端机械臂40调节穿刺针的深度，当主端的调节将要超出安全范围时，深度调节电机221会施加一个很大的阻力在滑环24上，阻止操作人员继续进针。
51.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种穿刺机器人主操作装置，包括固定基座（11），其特征在于，还包括：姿态调节组件（10）、深度调节组件（20）和主控单元（30）；所述姿态调节组件（10）包括转动基座（21）、姿态调节器（12）、弹性件（15）和传感器构件，所述转动基座（21）与所述固定基座（11）通过所述姿态调节器（12）装配，以使所述转动基座（21）能够围绕所述固定基座（11）沿第一方向和第二方向摆动，所述转动基座（21）摆动时挤压所述弹性件（15），所述传感器构件用于感知所述转动基座（21）的摆动角度信息并将所述信息输送给所述主控单元（30）；其中，所述深度调节组件（20）包括使能按键（25），所述使能按键（25）包括压块（251）、导电条（253）、开关机构和约束机构，按压所述压块（251）时，按压力使得所述开关机构能够向内移动或具有向内移动的趋势，所述约束机构的约束力能够阻止所述开关机构的所述向内移动或所述向内移动的趋势，所述按压力克服所述约束力以使所述开关机构碰触所述导电条（253），形成电连通的闭合回路。2.根据权利要求1所述的穿刺机器人主操作装置，其特征在于，所述开关机构设置为弹性片（252），所述约束机构设置为抵接凸起（241）；所述压块（251）的内侧与所述弹性片（252）抵接；按压所述压块（251）时，所述弹性片（252）与所述抵接凸起（241）抵接，由于抵接点受到应力作用，所述弹性片（252）的两端部向相互远离的方向移动，以使所述弹性片（252）的两端部与两个所述导电条（253）抵接；所述弹性片（252）与所述导电条（253）抵接时，所述主控单元（30）与两个所述导电条（253）之间形成闭合通路，所述主控单元（30）开启。3.根据权利要求2所述的穿刺机器人主操作装置，其特征在于，所述深度调节组件（20）的滑环（24）和滑杆（23）均对应开设有缺口，所述压块（251）设置于所述缺口内，所述抵接凸起（241）与所述滑环（24）连接；所述弹性片（252）为u形结构；所述滑杆（23）的内侧对称设置有两个凹槽，所述凹槽内设置有隔电块（254），所述导电条（253）安装于所述隔电块（254）上，所述导电条（253）与所述主控单元（30）电连接。4.根据权利要求1所述的穿刺机器人主操作装置，其特征在于，所述开关机构设置为动触片（256），所述压块（251）的内侧与所述动触片（256）抵接，所述约束机构包括弹簧（255）和抵接块（242）；所述弹簧（255）的一端与所述抵接块（242）连接，所述弹簧（255）的另一端与所述动触片（256）连接；按压所述压块（251）时，所述弹簧（255）处于压缩状态，所述动触片（256）朝向内侧移动，所述动触片（256）的两端部与所述导电条（253）抵接；所述动触片（256）与所述导电条（253）抵接时，所述主控单元（30）与两个所述导电条（253）之间形成闭合通路，所述主控单元（30）开启。5.根据权利要求4所述的穿刺机器人主操作装置，其特征在于，所述抵接块（242）与所述深度调节组件（20）的滑环（24）连接，所述深度调节组件（20）的滑环（24）和滑杆（23）均对应开设有缺口，所述压块（251）设置于所述缺口内；所述动触片（256）为u形结构；
所述滑杆（23）的内侧对称设置有两个凹槽，所述凹槽内设置有隔电块（254）所述导电条（253）安装与所述隔电块（254）上，所述导电条（253）与所述主控单元（30）电连接。6.根据权利要求3或5所述的穿刺机器人主操作装置，其特征在于，所述深度调节组件（20）包括滑杆（23）、滑环（24）和深度检测构件；所述滑杆（23）固定在所述转动基座（21）上，所述滑环（24）滑动连接于所述滑杆（23）上，所述滑杆（23）的轴线为第三方向，所述深度检测构件用于检测所述滑环（24）在第三方向上的位移，并将所述位移信息输送给所述主控单元（30）；所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向两两相互垂直；所述使能按键（25）设置于所述滑环（24）上，所述导电条（253）形成电连通的闭合回路时，所述主控单元（30）根据检测到的沿第一方向和第二方向的摆动角度信息以及第三方向上的位移信息，对应控制从端机械臂（40）沿相同方向做相同动作。7.根据权利要求6所述的穿刺机器人主操作装置，其特征在于，所述深度检测构件还包括深度调节电机（221）、电机编码器（222）、同步轮（27）和同步带（28）；两个所述同步轮（27）一上一下设置于所述滑杆（23）内，所述同步带（28）绕设于两个所述同步轮（27），所述同步带（28）通过压板（29）固定在所述滑环（24）上，以使所述同步带（28）能够与所述滑环（24）一同移动，且所述同步轮（27）同步转动；所述深度调节电机（221）与其中一个所述同步轮（27）传动装配，以使所述深度调节电机（221）的驱动端与所述同步轮（27）同步转动，所述电机编码器（222）与所述深度调节电机（221）联接，用于读取所述深度调节电机（221）驱动端的角度变化；所述主控单元（30）用于检测所述从端机械臂（40）受到的阻力，并根据阻力信息对应控制所述深度调节电机（221），以产生反馈阻力。8.根据权利要求6所述的穿刺机器人主操作装置，其特征在于，所述深度调节组件（20）还包括深度调节电机（221）、电机编码器（222）、传动构件、转动丝杠（233）和丝杠螺母（234）；所述转动丝杠（233）设置于所述滑杆（23）内，所述丝杠螺母（234）与所述转动丝杠（233）螺纹连接，且所述丝杠螺母（234）与所述滑环（24）连接，以使所述滑环（24）能够沿着所述转动丝杠（233）移动；所述深度调节电机（221）通过所述传动构件与所述转动丝杠（233）传动装配，以使所述深度调节电机（221）的驱动端与所述转动丝杠（233）同步转动，所述电机编码器（222）与所述深度调节电机（221）联接，用于读取所述深度调节电机（221）驱动端的角度变化；所述主控单元（30）用于检测所述从端机械臂（40）受到的阻力，并根据阻力信息对应控制所述深度调节电机（221），以产生反馈阻力。9.根据权利要求1所述的穿刺机器人主操作装置，其特征在于，所述姿态调节组件（10）还包括压盖（13）和导向柱（14）；所述姿态调节器（12）的端部设置有球铰结构，所述压盖（13）用于将所述球铰结构固定在所述固定基座（11）内；所述导向柱（14）设置有多个，多个所述导向柱（14）呈阵列排布于所述固定基座（11）上，所述导向柱（14）外均套设有所述弹性件（15），所述弹性件（15）设置于所述固定基座
（11）与所述转动基座（21）之间，多个所述弹性件（15）用于使所述转动基座（21）能够复位到与所述固定基座（11）平行的位置。10.根据权利要求9所述的穿刺机器人主操作装置，其特征在于，所述传感器构件包括传感器基板（16）和压力传感器（161）；所述压力传感器（161）设置有多个，多个所述压力传感器（161）以所述传感器基板（16）的中部为中心呈十字排布，以使所述传感器基板（16）在第一方向上的两侧上对称设置有所述压力传感器（161），所述传感器基板（16）在第二方向上的两侧上对称设置有所述压力传感器（161）；所述转动基座（21）的底部下表面设置有多个凸点（211），所述压力传感器（161）与所述凸点（211）对应，所述转动基座（21）在进行摆动时，所述凸点（211）与所述压力传感器（161）接触形成压力，所述压力传感器（161）用于检测所述压力，以通过所述压力信息对应判断所述转动基座（21）的状态。11.根据权利要求6所述的穿刺机器人主操作装置，其特征在于，所述穿刺机器人主操作装置还包括提示灯（26）；所述提示灯（26）设置于所述滑杆（23）的顶部，所述提示灯（26）包括多个指示灯珠（261），多个所述指示灯珠（261）均与所述主控单元（30）电连接，所述主控单元（30）根据摆动角度信息以及位移信息对应控制所述指示灯珠（261）亮起。12.一种穿刺机器人，其特征在于，包括从端机械臂（40）和如权利要求1-11任一项所述的穿刺机器人主操作装置；所述从端机械臂（40）根据所述主控单元（30）读取的摆动角度信息以及位移信息做相同运动；所述从端机械臂（40）设置有六维力传感器（60），所述六维力传感器（60）用于检测所述从端机械臂（40）受到的阻力，并将阻力信息传递至所述主控单元（30）中，所述主控单元（30）根据阻力信息对应施加反馈阻力。13.一种基于如权利要求12所述的穿刺机器人的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：按压压块（251），按压力带动开关机构移动或具有向内移动的趋势，约束机构的约束力阻止开关机构向内移动或向内移动的趋势，以使开关机构碰触导电条（253），主控单元（30）开启，进入主从映射模式；转动滑杆（23），以使转动基座（21）相对于固定基座（11）转动，主控单元（30）读取传感器构件检测到的转动基座（21）沿第一方向和第二方向的摆动角度信息，对应控制从端机械臂（40）沿第一方向和第二方向做相同的摆动；带动滑环（24）沿着滑杆（23）移动，主控单元（30）读取深度检测构件检测到的滑环（24）在第三方向上的位移信息，对应控制从端机械臂（40）沿第三方向做相同运动。14.根据权利要求13所述的穿刺机器人的操作方法，其特征在于，还包括以下步骤：计算从端机械臂（40）带动实际穿刺针（50）摆动的安全角度范围，当主控单元（30）读取到的转动基座（21）在第一方向和第二方向上的摆动角度变化超出安全角度范围时，主控单元（30）断开与从端机械臂（40）的信号传输；计算从端机械臂（40）带动实际穿刺针（50）进针的安全深度范围，当主控单元（30）读取
到的滑环（24）在第三方向上的位移变化超出安全深度范围时，主控单元（30）控制深度调节电机（221）堵转，以阻止滑环（24）的滑动。

技术总结
本发明提供了一种穿刺机器人主操作装置、穿刺机器人及其操作方法，涉及医疗器械技术领域，在CT室外医护人员主操作装置时，转动基座围绕固定基座沿第一方向和第二方向摆动，通过传感器构件感知转动基座的摆动角度，并将摆动角度信息传递至主控单元，并且，通过按压压块，压块带动开关机构向内移动或具有向内移动的趋势，约束机构抵住开关机构，开关结构即可碰触到导电条，形成电连通的闭合回路，进而进入到主从映射模式，整体装置体积更小，无需使用线缆，缓解了现有技术中存在的主端操作装置占用体积大，且容易触碰线缆影响传感器的正常使用的技术问题。用的技术问题。用的技术问题。


技术研发人员：徐俭 孙步梁 李敏
受保护的技术使用者：苏州恒瑞宏远医疗科技有限公司
技术研发日：2023.08.15
技术公布日：2023/9/14