[发明专利]一种基于机械臂的可调压医学超声扫查装置

说明书

本发明公开了一种基于机械臂的可调压医学超声扫查装置，该装置包括相机支架、扭力调整机构和探头转臂三部分，本发明安装在不少于六自由度的协作型机械臂末端法兰上，采用扭簧加载驱动探头转动的方式实现超声探头加载在人体上获取超声图像和移动扫查。本发明扭簧隔离了机械臂扫查作业对人体的刚性加载，一方面避免了刚性接触对人体的冲击伤害，另一方面调整了加载过程的刚性曲线，给稳压控制提供了支撑。最后，装置布局了三轴力传感器与RGB‑D相机，为力控制与视觉伺服超声扫查提供了解决方案，以确保机器人辅助医学超声扫查的安全、可靠和高质量成像。

技术领域

本发明涉及医疗机器人领域，细分为医学超声扫查领域，尤其是机器人辅助的人体脊柱超声扫查，具体涉及一种具有调压能力的医学超声扫查装置。

背景技术

传统医学超声扫查的方式为手持式人工超声扫查，由医师手持超声探头在病人相应身体部位扫查以获取病人检查部位三维结构特征。现有发展起来的机器人辅助超声扫查设备采取机械扫查，克服了人工扫查容易疲劳、手抖、施加压力不稳而影响超声成像质量的缺点，但超声探头的固定方式上通常采用简单的刚性固定，主要存在以下问题：1、在机械式的扫查过程中由于收不到的反馈或反馈延迟可能带来病人的皮肤组织损伤甚至是危险；2、由于患者身体的复杂性(背部曲线形状)和组织的形变，难以搜集有效的信息控制调整探头；3、探头缺乏及时调整可能得不到较好的扫查图像。

发明内容

为了实现机器人辅助超声扫查过程中超声探头对病人施加压力的稳定，保持扫查过程中超声探头与病人身体的良好的相对位置姿态(超声探头与人体扫查表面垂直接触)，防止出现超声过程中的安全隐患(拉伤肌肉组织、卡死在病人身体特殊骨节处等)，本发明提供一种基于机械臂的可调压医学超声扫查装置，以确保机器人辅助医学超声扫查的安全、可靠和高质量成像。

本发明针对现有技术的不足所采用的技术方案是：一种基于机械臂的可调压医学超声扫查装置，包括扭力调整机构组件和探头转臂组件两部分；

所述扭力调整机构组件包括基座组件和手调旋钮组件；

所述基座组件包括基座、长筒件、短轴、扭簧；所述手调旋钮组件包括扭簧锁块、旋钮端块；

所述长筒件为空心筒状结构，左侧一端具有凹槽口，嵌入所述基座上的柱状凸起，所述长筒件与所述基座固定连接，右侧另一端内部具有阶梯型收口；长筒件内部从左到右依次串接短轴、扭簧和扭簧锁块；旋钮端块扣在长筒件右端部并实现锁紧；

所述探头转臂组件包括转臂和超声探头；

所述转臂主体为一圆筒结构，与长筒件(4)转动连接，圆筒侧壁上具有夹臂，所述夹臂与超声探头固定连接，所述圆筒一侧端面具有横梁，横梁位于所述长筒件左端凹槽口中，使得转臂的横梁的转动角度受到长筒件的凹槽口的限制；横梁中间设有与短轴左端相适应的孔，所述短轴左端铣平面并插进横梁中，横梁轴向抵住短轴，传递短轴的转动至转臂。

进一步地，所述基座底部具有若干个安装孔，通过安装孔与机械臂的末端法兰固定连接。

进一步地，所述长筒件内部从左到右依次串接短轴、扭簧和扭簧锁块，具体为：所述短轴右侧端面与所述扭簧锁块左侧均具有U型槽；所述扭簧两端内折，一端嵌入所述短轴的U型槽，另一端嵌入所述扭簧锁块U型槽；扭簧的刚度介于人体松弛状态的肌肉和骨头的刚度之间；所述扭簧锁块通过肩部封装在所述长筒件的内部阶梯型收口处，与旋钮端块固定相接。

进一步地，所述长筒件外部分为左右两段圆柱面，中间通过轴肩分隔；所述转臂与长筒件外部左段圆柱面之间安装有滑动轴承；

进一步地，所述基座组件还包括转臂压紧弹簧、棘轮环和紧定螺丝；

所述转臂压紧弹簧安装在短轴上，通过作用力将转臂推向长筒件一侧；

所述棘轮环套在所述长筒件外部右段外圆柱面，左侧靠紧轴肩，通过所述紧定螺丝与长筒件锁紧，保持相对静止，棘轮环右侧具有棘齿。