本發(fā)明涉及軟體驅(qū)動器，具體地，涉及一種用于旋轉(zhuǎn)輸送的二自由度軟體驅(qū)動器。

背景技術(shù)：

1、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動和線性驅(qū)動是兩種常見的驅(qū)動形式。在許多應用場景中，往往需要線性運動與旋轉(zhuǎn)運動同步展開，或者配合運動，以滿足執(zhí)行器的操作需求。如進行穿刺活檢時，活檢針需要穿刺并旋轉(zhuǎn)剪切腫瘤組織，從而采集活檢樣本。該操作在臨床上采用手動方式完成，對醫(yī)生操作能力要求極高。通過設計自動控制的裝置，可以輔助醫(yī)生遠程操作，完成旋轉(zhuǎn)輸送的精細操作。

2、現(xiàn)有公開號為cn214326271u的中國專利申請文獻，其公開了一種旋轉(zhuǎn)螺旋可線性移動的螺旋輸送裝置，其包括輸送筒、旋轉(zhuǎn)螺旋、定位結(jié)構(gòu)、線性移動機構(gòu)和線性驅(qū)動機構(gòu)。輸送筒的一端設置有進料口，另一端設置有出料口。旋轉(zhuǎn)螺旋設置在輸送筒內(nèi)，用于將物料從進料口輸送至出料口。定位結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)螺旋定位連接。線性移動機構(gòu)包括滑動部和固定部，滑動部與固定部線性滑動連接，滑動部與定位結(jié)構(gòu)定位連接。線性驅(qū)動機構(gòu)與滑動部連接，用于驅(qū)動滑動部做線性移動。

3、現(xiàn)有技術(shù)中的輸送裝置難以實現(xiàn)大行程的輸送，受制于運動導軌的尺寸，旋轉(zhuǎn)輸送模塊需要依賴復雜的機械傳動系統(tǒng)，因此難以小型化布置在穿刺針的夾持裝置內(nèi)，存在待改進之處。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種用于旋轉(zhuǎn)輸送的二自由度軟體驅(qū)動器。

2、根據(jù)本發(fā)明提供的一種用于旋轉(zhuǎn)輸送的二自由度軟體驅(qū)動器,包括驅(qū)動軟體，所述驅(qū)動軟體內(nèi)設置有允許穿刺針通過的孔道，所述孔道的周側(cè)設置有正向二次螺旋腔道和反向二次螺旋腔道，任一所述正向二次螺旋腔道和反向二次螺旋腔道的輪廓走向均為一條正弦二次螺旋曲線；當所述正向二次螺旋腔道和/或反向二次螺旋腔道發(fā)生膨脹時，其膨脹方向與穿過孔道的穿刺針發(fā)生摩擦接觸，從而產(chǎn)生傾斜的切向作用力。

3、優(yōu)選地，所述正向二次螺旋腔道的數(shù)量為四個，所述反向二次螺旋腔道的數(shù)量為四個。

4、優(yōu)選地，使所述正向二次螺旋腔道和/或反向二次螺旋腔道發(fā)生膨脹的介質(zhì)包括氣體或液體；所述正向二次螺旋腔道和/或反向二次螺旋腔道在氣體壓力的作用下發(fā)生膨脹；或，所述正向二次螺旋腔道和/或反向二次螺旋腔道在液體體積的作用下發(fā)生膨脹。

5、優(yōu)選地，對于正向二次螺旋腔道的驅(qū)動序列，通過依次設計四種不同的驅(qū)動序列，正向二次螺旋腔道的輸入壓力定義為：p1-1、p1-2、p2-1、p2-2；

6、fp1-1(t)＝0.1sin(2πt)

7、fp1-2(t)＝-0.1sin(2πt)

8、fp2-1(t)＝0.1sin(2πt-1/2π)

9、fp2-2(t)＝-0.1sin(2πt-1/2π)

10、實現(xiàn)正向的旋轉(zhuǎn)和輸送運動，p1-1為第一正向二次螺旋腔道的輸入壓力，p1-2為第二正向二次螺旋腔道的輸入壓力，p2-1為第三正向二次螺旋腔道的輸入壓力，p2-2為第四正向二次螺旋腔道的輸入壓力，t表示時間。

11、優(yōu)選地，同時向四個正向二次螺旋腔道，輸入相同的預設氣體壓力將孔道內(nèi)穿刺針的位置鎖定。

12、優(yōu)選地，對于負向二次螺旋腔道的驅(qū)動序列，通過依次設計四種不同的驅(qū)動序列，負向二次螺旋腔道的輸入壓力定義為：p3-1、p3-2、p4-1、p4-2；

13、fp3-1(t)＝0.1sin(2πt)

14、fp3-2(t)＝-0.1sin(2πt)

15、fp4-1(t)＝-0.1sin(2πt-1/2π)

16、fp4-2(t)＝0.1sin(2πt-1/2π)

17、可實現(xiàn)負向的旋轉(zhuǎn)和輸送運動，p3-1為第一負向二次螺旋腔道的輸入壓力，p3-2為第二負向二次螺旋腔道的輸入壓力，p4-1為第三負向二次螺旋腔道的輸入壓力，p4-2為第四負向二次螺旋腔道的輸入壓力，t表示時間。

18、優(yōu)選地，通過調(diào)整正向二次螺旋腔道和反向二次螺旋腔道的相位關(guān)系，實現(xiàn)兩兩組合的解耦運動；

19、正向二次螺旋腔道和反向二次螺旋腔道的波峰與波谷的交錯螺旋展開，將交叉位點依次錯開，并保留均勻的曲率變化，確保整個驅(qū)動在不同點位接觸力大小的一致性，二次螺旋曲線的公式如下所示：

20、x(θ)＝(r+rcos(θ·n))·cos(θ)

21、y(θ)＝(r+rcos(θ·n))·sin(θ)

22、z(θ)＝r·θ·tan(α)

23、其中，θ∈[0,2π/n]，r：一級螺旋的半徑；r：二級螺旋上波動的幅值；θ：螺旋角度，用于描述螺旋線沿曲線的運動位置；α：斜率，決定螺旋線的縱向變化速率；n：1個螺旋周期內(nèi)的交叉次數(shù)。

24、優(yōu)選地，任一所述正向二次螺旋腔道和反向二次螺旋腔道均連接有壓力控制器或流量控制器。

25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

26、1、本發(fā)明通過采用正向二次螺旋腔道和反向二次螺旋腔道的三維波動原理，實現(xiàn)穿刺針的線性與旋轉(zhuǎn)的解耦輸送，具有簡潔、小尺寸、輸送行程長等特點，解決臨床穿刺過程中的空間受限，行程小，旋轉(zhuǎn)與線性輸送解耦機構(gòu)復雜等難題，并具備鎖緊功能。

27、2、本發(fā)明通過正向二次螺旋腔道和反向二次螺旋腔道的波峰與波谷的交錯螺旋展開，將交叉位點依次錯開，并保留均勻的曲率變化，確保整個驅(qū)動在不同點位接觸力大小的一致性。

技術(shù)特征：

1.一種用于旋轉(zhuǎn)輸送的二自由度軟體驅(qū)動器，其特征在于，包括驅(qū)動軟體(100)，所述驅(qū)動軟體(100)內(nèi)設置有允許穿刺針(103)通過的孔道，所述孔道的周側(cè)設置有正向二次螺旋腔道(101)和反向二次螺旋腔道(102)，任一所述正向二次螺旋腔道(101)和反向二次螺旋腔道(102)的輪廓走向均為一條正弦二次螺旋曲線；

2.如權(quán)利要求1所述的用于旋轉(zhuǎn)輸送的二自由度軟體驅(qū)動器，其特征在于，所述正向二次螺旋腔道(101)的數(shù)量為四個，所述反向二次螺旋腔道(102)的數(shù)量為四個。

3.如權(quán)利要求1所述的用于旋轉(zhuǎn)輸送的二自由度軟體驅(qū)動器，其特征在于，使所述正向二次螺旋腔道(101)和/或反向二次螺旋腔道(102)發(fā)生膨脹的介質(zhì)包括氣體或液體；

4.如權(quán)利要求1所述的用于旋轉(zhuǎn)輸送的二自由度軟體驅(qū)動器，其特征在于，對于正向二次螺旋腔道(101)的驅(qū)動序列，通過依次設計四種不同的驅(qū)動序列，正向二次螺旋腔道(101)的輸入壓力定義為：p1-1、p1-2、p2-1、p2-2；

5.如權(quán)利要求1所述的用于旋轉(zhuǎn)輸送的二自由度軟體驅(qū)動器，其特征在于，同時向四個正向二次螺旋腔道(101)，輸入相同的預設氣體壓力將孔道內(nèi)穿刺針(103)的位置鎖定。

6.如權(quán)利要求1所述的用于旋轉(zhuǎn)輸送的二自由度軟體驅(qū)動器，其特征在于，對于負向二次螺旋腔道的驅(qū)動序列，通過依次設計四種不同的驅(qū)動序列，負向二次螺旋腔道的輸入壓力定義為：p3-1、p3-2、p4-1、p4-2；

7.如權(quán)利要求1所述的用于旋轉(zhuǎn)輸送的二自由度軟體驅(qū)動器，其特征在于，通過調(diào)整正向二次螺旋腔道(101)和反向二次螺旋腔道(102)的相位關(guān)系，實現(xiàn)兩兩組合的解耦運動；

8.如權(quán)利要求1所述的用于旋轉(zhuǎn)輸送的二自由度軟體驅(qū)動器，其特征在于，任一所述正向二次螺旋腔道(101)和反向二次螺旋腔道(102)均連接有壓力控制器或流量控制器。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種用于旋轉(zhuǎn)輸送的二自由度軟體驅(qū)動器，包括驅(qū)動軟體，所述驅(qū)動軟體內(nèi)設置有允許穿刺針通過的孔道，所述孔道的周側(cè)設置有正向二次螺旋腔道和反向二次螺旋腔道，任一所述正向二次螺旋腔道和反向二次螺旋腔道的輪廓走向均為一條正弦二次螺旋曲線；當所述正向二次螺旋腔道和/或反向二次螺旋腔道發(fā)生膨脹時，其膨脹方向與穿過孔道的穿刺針發(fā)生摩擦接觸，從而產(chǎn)生傾斜的切向作用力。通過采用正向二次螺旋腔道和反向二次螺旋腔道的三維波動原理，實現(xiàn)穿刺針的線性與旋轉(zhuǎn)的解耦輸送，具有簡潔、小尺寸、輸送行程長等特點，解決臨床穿刺過程中的空間受限，行程小，旋轉(zhuǎn)與線性輸送解耦機構(gòu)復雜等難題，并具備鎖緊功能。

技術(shù)研發(fā)人員：黃少平,楊廣中,高安柱,陳佳凡,軒連
受保護的技術(shù)使用者：上海交通大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8