阅读说明：本技术 一种新型医疗等离子体末端执行器机构 (A kind of Novel medical plasma end effector mechanism ) 是由 戴晓峰 欧思聪 宁萌 于 2019-07-23 设计创作，主要内容包括：本发明涉及医疗康复设备领域,尤其涉及一种新型医疗等离子体末端执行器机构,主要包括装载端、旋转电机、针管底座、针管装卸处、钻头底座、拧紧夹持机构、CAP(等离子体)针管、钻头。CAP是一种低温常压等离子体,是用来治疗某些癌症的新型治疗方法。CAP针管连接底座作为支撑结构,内部中空,包括用于注射与伸缩针管的零部件；针管装卸处与针管底座连接,主要用于实现CAP针管的的可靠夹持与装卸；钻头底座作为钻头部分的底座支撑,内部包括实现钻头传动零部件；拧紧夹持机构作为夹持钻头的机构,可通过旋转达到开合接口的效用,实现夹持和装卸钻头。整个末端执行器通过装载端实现与机械臂等设备连接。本发明利用CAP技术在癌症治疗方面的选择特异性优势,通过夹持CAP针管和钻头以实现对人体脑颅骨等硬组织部分的癌症治疗,结构合理,操作简单,安全有效。(The present invention relates to medical rehabilitation apparatus fields, more particularly to a kind of Novel medical plasma end effector mechanism, mainly include load terminal, rotating electric machine, needle tubing pedestal, at needle tubing handling, drill bit pedestal, tighten clamping device, CAP (plasma) needle tubing, drill bit.CAP is a kind of low temperature normal atmosphere plasma, is the novel method for the treatment of for treating certain cancers.CAP needle tubing connects pedestal as support construction, inner hollow, including for injecting the components with flexible needle tubing；It is connect at needle tubing handling with needle tubing pedestal, is mainly used for realizing reliable retention and the handling of CAP needle tubing；Drill bit pedestal is supported as the pedestal of bit part, and inside includes realizing that drill bit is driven components；Mechanism of the clamping device as clamping drill bit is tightened, the effectiveness of interface can be opened and closed by being rotated up to, realizes clamping and handling drill bit.Entire end effector is realized by load terminal to be connect with equipment such as mechanical arms.The present invention utilizes the special sexual clorminance of selection of the CAP technology in terms for the treatment of of cancer, structurally reasonable by clamping CAP needle tubing and drill bit to realize the treatment of cancer to human body brainpan Gu Deng sclerous tissues part, easy to operate, safely and effectively.)

一种新型医疗等离子体末端执行器机构

技术领域

本发明涉及医疗康复设备领域，尤其涉及一种新型医疗等离子体末端执行器机构。

背景技术

低温常压等离子体(CAP)是继气体、液体、固体后的第四类物质形态。CAP可以产生温和且具有有效剂量的活性物质和电磁辐射，具有多模态活性。不同于小分子或抗体等传统靶向治疗方法，CAP由于具有多模态活性而不依赖于某一条通路或某一个靶点，可以有效作用于具有某一类特征的细胞。CAP在包括促进伤口愈合、杀菌等方面的医疗作用已被广泛应用于临床，如治疗糖尿病足等，其安全性已经得到反复论证并经历了数十年的临床检验。此外，我们在前期研究中发现CAP可以降低肿瘤细胞干性，并且对肿瘤干细胞选择杀伤性更强。

手术机器人的诞生是在传统外科微创手术技术的应用上融入机器人技术，由机器人来完成手术的操作。手术机器人与人工手术相比有着巨大的技术优势，其术中的切割创口更小，术后创口愈合时间大幅减少，手术时间短、精确性更高，避免了因医生疲劳手颤造成的手术失误，同时更是缩减了每台手术的医护人员数量，切割、缝合等手术程序都由一台机器人来完成。机器人微创手术与传统微创手术相比有着诸多数据对比优势。末端执行器作为手术机器人的组成部分，也是十分关键的一环。

末端执行器是指装配在机械臂或者自动化设备的末端，直接作用于工作对象的装置，具有夹持、运输、放置工件到某一个位置的功能。其在提高机器人易用性、自动化程度、研究抓取应用等方面有着重要作用。借着工业类、协作类以及服务类机器人爆发的大势，末端执行器迎来了最佳的市场切入契机。目前，全球较为成熟的末端执行器生产公司均以欧美日公司为主，实力较强的公司有SCHUNK、FESTO、RIGHTHAND Labs、ROBOTIQ、SMC、SoftRobotics、Grabit、IAI等，中国的末端执行器市场几乎被这些国外产品所垄断。

这些产品主要应用于科研领域，均采用高端技术与高端材料，但是其制作生产成本偏高；在应用上与企业生产契合度较低，未形成量产；再加上进口和垄断市场，导致国内电手爪成本愈发高昂，这对于企业、高校科研院所来说无疑是巨大的负担。

针对以上状况，研究一种创新的医疗器械，能克服现有末端执行器的缺点，结构合理、操作简便、安全有效，能实现钻孔与注射两用的新型医疗CAP末端执行器机构。

发明内容

本发明的目的是克服现有末端执行器成本昂贵、精度较低、功能单一的缺点，具有结构合理、功效明显、操作简易的优点。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种新型医疗等离子体末端执行器机构，其特征在于：包括装载端、旋转电机、针管底座、针管装卸处、钻头底座、拧紧夹持机构、CAP针管、钻头。CAP针管连接底座作为支撑结构，内部中空，包括用于注射与伸缩针管的零部件；针管装卸处与针管底座连接，主要用于实现CAP针管的的可靠夹持与装卸；钻头底座作为钻头部分的底座支撑，内部包括实现钻头传动零部件；拧紧夹持机构作为夹持钻头的机构，可通过旋转达到开合接口的效用，实现夹持和装卸钻头。整个末端执行器通过装载端实现与机械臂等设备连接。

进一步，旋转电机通过转动将转矩传递给末端执行器机构的外部连接处，通过控制电机旋转实现末端执行器机构旋转，进而控制钻头和针管的任意切换使用，从而实现钻孔与注射功能两用。

进一步，在电动源的的作用下，通过螺杆、齿轮、齿条、销键等零部件的精密配合，可以实现CAP针管与钻头的自动伸缩，并且保证整个传动过程平稳运动。

进一步，针管装卸处与针管底座连接，主要用于实现CAP针管的的可靠夹持与装卸，拧紧夹持机构作为夹持钻头的机构，可通过旋转达到开合接口的效用，实现夹持和装卸钻头，可以保证CAP针管和钻头的及时更换使用。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为本发明的整体示意图

图2为本发明的主要部件外部轮廓示意图

图3为本发明的针管部分内部示意图

图4为本发明的钻头部分内部图

【附图符号说明】1.旋转电机；2.装载端；3.针管连接底座；4.针管装卸处；5.CAP针管；6.钻头；7.拧紧夹持机构；8.钻头底座；9.外端连接处；10.传动齿轮；11.固定螺孔；12.传动齿条；13.进气接口；14.高压正极；15.接地端；16.CAP针头；17.连接螺母接口；18.针头针管连接口；19.传动齿轮；20.销键；21.传动齿轮；22.固定罗盘；23.传动螺杆；24.夹持头。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小，数量等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

【实施例】

图1为整个末端执行器结构示意图。旋转电机1的电机轴与末端执行器机构的外部连接处9相连接，旋转电机1通过转动，将运动传递给末端执行器机构的外部连接处7，通过控制电机旋转实现控制前面所述的末端执行器机构旋转，使得不用移动与装载端2连接的外部结构就可以实现钻头和针管的选择使用；装载端2上面开有数个小孔，方便其与执行机构连接，需要数个螺栓连接，定位精度高，方便调节机械臂的TCP参数，牢靠稳健，能直接和机械臂等末端连接。

图2为末端执行器的主要部件的外部轮廓图，包含两大部分，分别是CAP针管连接部分和钻头连接部分，该执行器主要是作为末端执行器，一般和机械臂等配合使用。整个末端执行器通过外端连接处9实现与机械臂等设备连接；CAP针管连接底座3作为支撑结构，内部中空，包括传动机构；CAP针管装卸处4主要用于方便CAP针管3的的装卸，要求是：方便装卸，牢固可靠，可以热插拔；钻头底座8主要是作为钻头部分的底座支撑，内部嵌入传动机构零部件；拧紧夹持机构7是作为夹持钻头6的机构，可以通过旋转达到开合接口的效用，这样在装卸钻头6的时候可以通过此机构实现夹持钻头6。

图3所示为本设计中执行器的针管部分的内部示意图。其设计要求和设计目的为：配合CAP等离子体针头，可以在使用过程中沿着CAP针头的轴向方向伸张和缩回，这是由于其主要应用环境决定的。在电动源的的作用下，带动传动齿轮10转动，传动齿轮10为高精密齿轮，可以和传动齿条12无缝衔接与精密嵌入，对传动齿轮10的生产和定制需要特种加工进行生产，需要保证在整个传动过程中平稳运动，因为轻微的抖动都会影响到CAP针管的运动，之所以选择齿轮齿条传动就是基于上述原因；固定螺孔11主要是作为图示的整个执行机构的运动保证，通过固定螺纹孔11可以和外部机构连接，实现联合运动；传动齿轮10带动传动齿条12在轴向方向上实现伸缩运动，可以实现针管相对于其应用环境伸入和退出，对于传动齿条12的要求也和传动齿轮10的要求一样；基于CAP针头的原理和使用要求，分别在设立了三个管道口，进气口13作为气体流入接口，气管通过进气口13上所设计的旋转旋钮与上述机构连接，旋转接口具有一定的密封性能，可以保证气体不会外泄；高压正极14配合接地端15组合形成正负极电压，这是由于CAP枪的原理所决定的，由于其需要连接500伏的高压电流，所以对于该管道口的材质提出了很高的要求，需要严格阻抗电流；针头针管连接口18是一个通过套件和嵌入件与CAP针头16连接的一个连接机构，由于CAP针头注射的是等离子体气流，所以对于该部位的设计提出了一定的要求，既要方便随时拔下和安装针头，又需要抗击等离子的影响。

图4为末端执行器钻头部分的内部示意图。夹持头24可以夹持电钻头，同时在使用过程中可以沿着传动精密螺杆5的轴向方向伸缩，需要带动钻头快速转动，这样做的目的是由于其应用环境和要求决定的。电动源将运动传递给传动齿轮19，带动传动齿轮19高速平稳的旋转，传动齿轮21与传动齿轮19啮合，传动齿轮19将运动传递给传动齿轮3，此啮合过程需要严密啮合；传动齿轮21与传动精密螺杆23之间通过销键22连接在一起，这样可以保证在运动过程中不会产生过大的转动惯量，避免剧烈抖动；固定罗盘22的外圆上分布有数个螺纹孔，方便与外部机构连接，固定罗盘22的内圆孔是螺纹孔，与传动精密螺杆23通过螺纹连接，固定罗盘22的外圆孔通过螺钉与外部机构连接，保证在整个机构传动过程中固定罗盘22都是静止不动，从而达到传动齿轮21带动传动精密螺杆23旋转时，可以使夹持头24在轴向方向上伸缩，从而钻头在轴向方向伸缩，夹持头24回缩只需要使传动齿轮19反转即可；夹持头24采用生活中的电钻头部的设计技术，可以通过旋转轮使旋转螺杆夹紧与释放，达到快速更换钻头的目的。

本发明为一种新型医疗等离子体末端执行器机构，利用CAP技术在癌症治疗方面的选择特异性优势，通过夹持CAP针管和钻头以实现对人体脑颅骨等硬组织部分的癌症治疗，克服现有末端执行器成本昂贵、精度较低、功能单一的缺点，结构合理，操作简单，安全有效，是能实现钻孔与注射两用的新型医疗CAP末端执行器机构。