[发明专利]一种基于球关节驱动的穿刺手术机器人主手及其系统

权利要求书

1.一种基于球关节驱动的穿刺手术机器人主手，其特征在于，该穿刺机器人主手包括手柄(13)、直线驱动电机(2)和球关节驱动电机(1)，其中，

所述手柄(13)固定连接于所述直线驱动电机(2)上，所述球关节驱动电机固定连接于所述直线驱动电机的下端，当所述手柄上施加轴向力时，该轴向力驱动所述直线驱动电机沿轴向做轴向直线运动，所述直线驱动电机的轴向行程作为穿刺机器人从手的行程指令；当所述手柄上施加旋转力时，该旋转力带动所述球关节驱动电机(1)绕其自身球心旋转，所述球关节驱动电机的旋转姿态作为穿刺机器人从手的姿态控制指令。

2.如权利要求1所述的一种基于球关节驱动的穿刺手术机器人主手，其特征在于，所述球关节驱动电机(1)包括球形转子(4)和设置在该形转子(4)球心处的球电机定子(7)，所述球电机定子(7)与所述球形转子连接，以此牵引所述球形转子绕所述球电机定子旋转。

3.如权利要求2所述的一种基于球关节驱动的穿刺手术机器人主手，其特征在于，所述球形转子(4)和球电机定子(7)之间通过球关节连接，该球关节(8)包括圆球部分和与长柄部分，所述圆球部分设置在所述球电机定子的球心处，所述长柄部分一端与所述圆球连接，另一端与所述球形转子连接。

4.如权利要求2或3所述的一种基于球关节驱动的穿刺手术机器人主手，其特征在于，所述机器人主手还包括基座(9)，所述球形转子上设置有开口，在该开口处，所述球电机定子(7)与所述球形转子(4)断开连接，与所述基座(9)连接。

5.如权利要求2或3所述的一种基于球关节驱动的穿刺手术机器人主手，其特征在于，所述球关节驱动电机(1)包括还包括球电机永磁体(5)和球电机线圈(6)，所述球电机线圈(6)均匀分布在所述球形转子(4)的内表面，所述球电机定子(7)设置在所述球形转子(4)内部，所述球电机永磁体(5)一一对应所述球电机线圈(6)，均匀分布在所述球电机定子(7)上，在不同位置处的所述球电机线圈中通入电流后，该球形电机线圈与其对应的球形电机永磁体之间产生电磁力，该电磁力反馈至所述手柄上。

6.如权利要求1或2所述的一种基于球关节驱动的穿刺手术机器人主手，其特征在于，所述直线驱动电机(2)包括直线电机外壳(10)、直线电机线圈(12)和直线电机永磁体(11)，所述直线电机外壳(10)呈线性，所直线电机线圈(12)均匀分布在所述直线电机外壳(10)内，所述直线电机永磁体(11)设置在所述直线电机线圈(12)上，且与所述直线电机线圈(12)相对设置，所述手柄与所述直线电机永磁体固定连接，手柄沿带动所述直线驱动电机轴向运动时，带动所述直线电机永磁体运动；在所述直线电机线圈(12)中通入电流，直线电机线圈和永磁体之间产生电磁力并反馈至所述手柄上。

7.一种穿刺手术机器人系统，其特征在于，该机器人系统包括权利要求1-6任一项所述的机器人主手、行程和姿态传感器、控制器、机器人从手和穿刺针，其中：

所述行程和姿态传感器与所述机器人主手相连，用于采集所述直线驱动电机和球形驱动电机的行程和姿态信息，并将该行程和姿态信息传递给所述控制器；

所述控制器同时与所述行程和姿态传感器和机器人从手连接，用于将所述行程和姿态传感器采集的信息转化为所述机器人从手的行程指令和姿态指令；

所述机器人从手用于夹持所述穿刺针，并根据所述行程指令和姿态指令带动所述穿刺针进行穿刺手术。

8.如权利要求7所述的机器人系统，其特征在于，该机器人系统还包括阻力传感器，该阻力传感器用于测量所述穿刺针受到的阻力，并将测量的阻力传递给所述控制器；所述控制器根据所述阻力转化为电信号，并依据该电信号向所述直线驱动电机和球关节驱动电机中通入相应的电流，以此在所述直线驱动电机和球关节驱动电机中形成与所述阻力相应的电磁力，实现力的反馈。