超声引导的股静脉穿刺机器人的设计和验证

刘琳涛; 夏晶; 程干

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2025.03.010

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超声引导的股静脉穿刺机器人的设计和验证

设计计算 | 更新时间：2025-03-20

- 超声引导的股静脉穿刺机器人的设计和验证
- Design and validation of ultrasound-guided femoral vein puncture robots
- 机械传动 2025年49卷第3期页码：69-78
- 作者机构：
  
  1.西安科技大学机械工程学院，西安 710054
  2.合肥合滨智能机器人有限公司，合肥 230601
- 作者简介：
  
  刘琳涛，男，1987年生，河南三门峡人，硕士研究生；主要研究方向为机械臂控制及穿刺机器人设计与研究；18706706311@163.com。
  夏晶（通信作者），男，1984年生，陕西安康人，博士，副教授；主要研究方向为仿人机器人、人机协作与安全交互技术等；332051848@qq.com。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金面上项目(52174149);陕西省重点研发计划一般项目（工业领域）(2022GY-241)
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2025.03.010
  中图分类号： TP242
- 收稿日期：2023-11-29，
  
  修回日期：2024-01-17，
  
  纸质出版日期：2025-03-15
- 稿件说明：
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刘琳涛，夏晶，程干. 超声引导的股静脉穿刺机器人的设计和验证［J］. 机械传动，2025，49（3）：69-78.

LIU Lintao，XIA Jing，CHENG Gan. Design and validation of ultrasound-guided femoral vein puncture robots［J］. Journal of Mechanical Transmission，2025，49（3）：69-78.
刘琳涛，夏晶，程干. 超声引导的股静脉穿刺机器人的设计和验证［J］. 机械传动，2025，49（3）：69-78. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2025.03.010.

LIU Lintao，XIA Jing，CHENG Gan. Design and validation of ultrasound-guided femoral vein puncture robots［J］. Journal of Mechanical Transmission，2025，49（3）：69-78. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2025.03.010.

摘要

目的

股静脉穿刺在重症急救、急症透析、给药补液等临床场景有着广泛的应用，但股静脉穿刺的成功率往往依赖于医生的经验。研究开发了一种超声引导的股静脉穿刺机器人系统。

方法

首先，设计一款2自由度的穿刺机器人末端穿刺执行器，用于穿刺摆臂的角度调整和股静脉穿刺进给；然后，基于7自由度串联机械臂，搭建了超声引导的股静脉穿刺机器人系统，保证超声扫查和穿刺空间；最后，对末端穿刺执行器及机器人的定位精度进行了验证。

结果

试验结果表明，末端穿刺执行器穿刺摆臂角度的绝对定位精度在0.5°以内，穿刺进给的绝对定位精度在0.2 mm以内，基于7自由度机械臂股静脉穿刺机器人针尖的空间重复定位精度在0.2 mm以内，满足临床穿刺精度需求；搭建的机器人系统通过遥控操作实现了半自动穿刺，为实现股静脉的自动穿刺提供了重要的借鉴。

Abstract

Objective

Femoral veni puncture is widely used in clinical scenarios such as critical emergency treatment

emergency dialysis

drug rehydration

etc. However

the success rate of femoral veni puncture often depends on the experience of doctors. Thus

an ultrasound-guided robot system for femoral vein puncture was developed.

Methods

Firstly

a 2-DOF end puncture actuator of the puncture robot was designed for angle adjustment of the swing arm and femoral vein puncture feeding.Then

based on the 7-DOF serial robot arm

an ultrasound-guided femoral vein puncture robot system was built to ensure the space of ultrasound scanning and puncture. Finally

the positioning accuracy of the end puncture actuator and the robot was verified.

Results

The test results show that the absolute positioning accuracy of the angle of the puncture swing arm of the end puncture actuator is within 0.5°

the absolute positioning accuracy of the puncture feed is within 0.2 mm

and the spatial repeated positioning accuracy of the needle tip of the femoral vein puncture robot based on the 7-DOF robot arm is within 0.2 mm

meeting the requirements of clinical puncture accuracy. The robot system is built to realize semi-automatic puncture through remote operation

which provides important experience for realizing automatic puncture of femoral veins.

关键词

Keywords

references

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