一种医用探针运动学建模与可达空间分析

朱子洵，黄则栋，刘〓远，安华成，孙〓进
(扬州大学机械工程学院，江苏 扬州〓225127)

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    在医疗领域，如何有效地对特定位置进行活组织检查或药物治疗成为研究热点，目前所采取的首要手段一般为探针［1-2］。传统探针的转向能力有限，通常仅限于直来直往。2009年美国范德比尔特大学WEBSTER III R J等［3］研究出由几个(≥3)向前弯曲的嵌套管组成的探针装置，通过计算机控制系统控制插管，使外科医生能够方便地进行探针操作。2013年美国范德堡大学COMBER D B等［4］提出了由非磁性气动驱动活塞缸自由操纵活动套管运动，实现患者大脑深部的药物干预。国内这方面的研究较为滞后，主要针对传统探针进行改进和完善。2008年天津塘沽医院张俊仲等［5］研制了一种用于治疗肛痿的医用探针，并在针体上设有刻度，使上述结构既有探查功能又有计量功能，同时不受肛周皮肤活动和游离的影响。2011年山东淄博中心医院赵卉等［6］发明了一种用于骨科手术的医用外科手术探针，实现了对钻孔深度进行一次性精确定位探测。2012年北京广安门医院郭明浩［7］发明了一种多功能医用探针，通过椭圆形针头插入狭小的内口、窦道，进行染色、造影和治疗，探针头部侧壁通孔能使药液均匀喷出，有利于诊断治疗。综上所述，国内学者在可“转弯”式医用探针方面研究刚刚起步。
    本文通过运动学理论和几何分析，对一种自制的医用探针台架系统中的探针末端进行了运动学建模，同时对探针外管、中间管和内管的不同运动组合形成的探针末端可达空间进行了分析。

1〓一种医用探针台架系统组成
    医用探针台架系统功能包括台架系统的运动功能和探针运动轨迹的控制功能。医用探针台架系统由左基座1、第一驱动机构2、第二驱动机构3、第三驱动机构4、右基座5、圆柱导轨6、滚珠丝杠10和探针组成。探针由探针外管7、探针中间管8、探针内管9构成，如图1所示。

图1〓医用探针台架三维模型〓〓
    左基座和右基座起固定作用，其上安装圆柱导轨，在圆柱导轨上串接3个驱动机构(第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构)，其中第一驱动机构驱动探针内管，第二驱动机构驱动探针中间管，第三驱动机构驱动探针外管。
    控制电机分别通过丝杠带动3个独立的驱动机构运动，实现探针在空间中多自由度运动，从而大大拓宽了探针在空间中所能到达的位置，同时实现了探针行进过程中的避障。


作者简介：朱子洵（1996—），女，江苏扬州人，扬州大学本科生，主要研究方向为机械制造及其自动化。



（文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289）

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