本發明涉及醫療設備領域，更具體的說是涉及一種帶視覺感知功能的穿刺針調控機構及其調控方法。
背景技術：
1、穿刺是臨床中常見的一種微創外科手術，是將穿刺針刺入體腔抽取分泌物做化驗、或對病變組織進行活檢、或者向體腔注入氣體或造影劑做造影檢查、或者向體腔內注入藥物的一種診療技術。臨床上醫生在醫學影像的引導下，將穿刺針經皮膚穿刺至病灶區域，為活檢或介入治療建立通道。微創手術具有創傷小、疼痛輕和恢復快等特點,對手術操作的精準性、穩定性和醫生的技能也提出了較高的要求。
2、現有技術中機器人做外科手術已日益普及，在世界微創外科領域是當之無愧的革命性外科手術工具。機器人協助醫生完成手術，不僅定位精度高、靈巧性強，而且對患者造成的創傷小，便于術后恢復。但目前的穿刺手術機器人手術過程中，操作穿刺針在病人體表進針線路易出現偏差，從而影響手術質量且易給病人帶來安全隱患。
3、專利202110526610.5公開了一種穿刺裝置，該穿刺裝置使用時，穿刺針同時由第一夾持組件與第二夾持組件夾持，使得穿刺針上兩個位置能夠同時被限位，兩點決定一條直線，因此穿刺針的位置被固定，實現了穿刺針的定位。緩解現有技術中存在的穿刺手術機器人易影響手術質量且易給病人帶來安全隱患的技術問題，但本專利缺乏力感知模塊，無法在受到較大外界交互力時快速脫離，同時穿刺針進針路徑無法調節，無法在穿刺過程中使穿刺針處于浮動狀態，存在安全隱患。
4、專利202110719201.7公開了一種基于c型臂機穿刺的空間定位引導設備，具體結構為：所謂的c型臂機，是指其主要的結構部件為一種c型的滑架，在滑架上還設有滑軌，滑軌上滑動配合有共面機構，所謂共面機構則是指兩個相互垂直連接的絲杠移動機構，在最下部的絲杠移動機構上具有固定端，用于固定穿刺針，通過共面機構能夠在一個平面上隨意移動穿刺針，而滑架能夠調整穿刺針的偏移方向。其通過設置夾持座和引導管的方式對穿刺針進行引導，而且也是通過醫師拿住穿刺針2從引導管3穿過并插入人體內，其缺乏力感知模塊，穿刺過程中穿刺針各方向的交互力無法感知，也沒有視覺感知，不能實時感知穿刺針的空間位姿。
5、專利202010134140.3公開了一種用于ct透視引導全電動快速釋放型穿刺進針器，其采用全電動的遙控穿刺進針設計，穿刺針到達目標時，只需按電器按鈕夾針器和導向器就立刻關閉或打開，時間小于一秒鐘，避免呼吸運動導致穿刺針對組織的損傷。夾持部件用于夾持所述穿刺針；導向部件用于引導穿刺針的進針方向；其穿刺進針設計采用全電動的遙控，本專利穿刺針進針路徑無法調節，穿刺針受力情況無法體現。
6、專利201611034687.6公開了一種脊柱微創手術機器人，其混聯機構的脊柱微創手術機器人共有六自由度，其中水平直線模7和豎直直線模組為并聯機構，為機器人提供兩自由度。其余四自由度為串聯機構。得到六自由度混聯機構。不但實現了脊柱微創手術中的定位導向功能。更增加了自動鉆克氏針和自動磨削功能。同時能對鉆克氏針和磨削力的測量與監測，可以防止傳統手術中克氏針鉆穿脊柱的發生和避免磨削脊柱不準確的情況。本專利結構復雜，也缺乏浮動機制，確保其安全性；也沒有視覺感知，無法從浮動狀態再切換到夾緊狀態，針的各方位實時受力情況無法體現。
技術實現思路
1、本發明的目的是針對現有技術的不足之處，提供一種帶視覺感知功能的穿刺針調控機構以及調控方法，通過直線運動模塊、夾持模塊、引導模塊和視覺感知模塊的相互配合，機械臂能夠調節整個調控機構的位姿，從而調節穿刺針的進針路徑；同時能夠實現穿刺針從夾緊狀態轉變為浮動狀態，從浮動狀態轉變為夾緊狀態的切換，便于機械臂進行基于視覺的位姿調節，實現穿刺或拔針。
2、本發明的技術解決措施如下：
3、一種帶視覺感知功能的穿刺針調控機構，包括直線運動模塊，還包括引導模塊：所述引導模塊裝于直線運動模塊下端，引導模塊可以引導穿刺針沿平行于直線運動模塊的方向運動；所述引導模塊上設有供夾持引導后的穿刺針浮動旋轉的引導部；
4、夾持模塊：所述夾持模塊安裝在直線運動模塊上并進行單向直線運動或往復直線運動，能夠夾持并松開穿刺針，在夾持穿刺針的同時進行直線運動實現穿刺或拔針；
5、視覺感知模塊：所述視覺感知模塊能夠實時拍攝并測量穿刺針位姿，所述視覺感知模塊設置在直線運動模塊的上端和/或引導模塊的底部。
6、連接法蘭：所述連接法蘭位于直線運動模塊的背部，通過連接法蘭21能夠將整個調控機構安裝在機械臂的末端。
7、作為優選，所述引導模塊包括：兩個開合程度保持同步的引導爪，兩個所述引導爪開合控制通過驅動機構完成，并在導向機構的作用下使一對引導爪能夠同時以固定的軌跡做開合運動將穿刺針夾緊或松開；
8、所述引導部為彈性墊或引導薄片或旋轉浮動頭；
9、當引導部為彈性墊時，彈性墊設置在兩組所述引導爪相對的內側位置；
10、當引導部為引導薄片時，引導薄片的包括分別設置在兩組所述引導爪相對的內側第一引導薄片和第二引導薄片，第一引導薄片和第二引導薄片在兩組所述引導爪合攏時，構成可供穿刺針穿過的通孔，穿刺針穿過該通孔并做小幅度繞點旋轉；
11、當引導部為旋轉浮動頭，旋轉浮動頭與引導爪通過浮動關節連接，旋轉浮動頭可隨著穿刺針自適應的繞點旋轉。
12、作為優選，所述驅動機構為螺旋槽機構、齒輪機構、連桿機構或絲桿機構中的一種或組合；所述導向機構為導軌、滑槽、鉸鏈或軸承中的一種或組合。
13、作為優選，所述驅動機構由電機驅動，所述電機上設有電流檢測傳感器和位置檢測傳感器，電流檢測傳感器可以通過電流大小檢測電機輸出扭矩，從而推算出引導爪的夾緊力，位置檢測傳感器可以精準地控制引導爪的開合大小。
14、作為優選，所述引導模塊和/或夾持模塊安裝在力傳感器上，力傳感器可以采集所夾持的穿刺針的外界交互力；
15、所述力傳感器能夠測量穿刺針上下、左右、前后3個方向的交互力。
16、作為優選，所述彈性墊為彈性材質；所述彈性墊的材料為硅膠、橡膠、乳膠、聚氨酯的一種或多種組合；
17、所述彈性墊上設有導向槽，可用于對夾持位置進行限定。
18、作為優選，所述夾持模塊采用夾爪組件、旋轉卡緊組件、側面頂緊組件中的至少一種夾持并松開穿刺針；
19、當夾持模塊采用夾爪組件時，夾爪組件能夠開合控制，夾爪組件通過驅動裝置控制其能夠同時以固定的軌跡做開合運動；
20、所述驅動裝置為螺旋槽機構、齒輪機構、連桿機構或絲桿機構中的一種或組合。
21、作為優選，所述夾爪組件的夾爪上設有導向條，導向條以一定夾角延伸出夾爪主體，用于對偏離夾持位置的穿刺針進行自動復位夾持；
22、所述導向條為柔性材料制成，材料為硅膠、橡膠、乳膠、聚氨酯的一種或多種組合。
23、作為優選，所述視覺感知模塊采用視覺傳感器，所述視覺傳感器是攝像頭、深度相機、紅外相機、激光傳感器的一種或多種組合，其中攝像頭用單目攝像頭、雙目攝像頭、多目攝像頭中至少一種。
24、一種帶視覺感知功能的穿刺針調控機構的調控方法，包括如下步驟：
25、(1)先讓夾持模塊與引導模塊同時夾持住穿刺針，并通過機械臂調節整個調控機構的位姿，從而調節穿刺針的進針路徑；
26、(2)在出現危險情況時松開夾持模塊，使穿刺針只受到引導模塊的單點約束，使穿刺針能夠繞引導模塊的引導部做一定程度的繞點浮動；
27、(3)當需要重新夾持住穿刺針時，視覺感知模塊能夠確定穿刺針的空間位姿，從而便于機械臂進行基于視覺的位姿調節，實現對偏斜后的浮動穿刺針進行重新夾持；
28、(4)穿刺針的空間位姿確定后，夾持模塊夾緊穿刺針，此時穿刺針從浮動狀態轉變為夾緊狀態，在直線運動模塊的作用下，同時在引導模塊的引導部的導向作用下進行繼續穿刺。
29、本發明的有益效果在于：
30、本發明的直線運動模塊帶動夾持模塊沿著直線模組移動，且引導模塊裝于直線運動模塊的底部，引導模塊浮動夾持住穿刺針的下部并對其進行導向，即穿刺針處于單點約束狀態，在進行穿刺時，夾持模塊夾緊穿刺針的上部，能夠使夾持在夾持模塊和引導模塊上的穿刺針沿著設定的穿刺方向深入到病灶位置，穿刺時穿刺針上部夾緊固定，下部被單點約束限位并導向，確保穿刺針不會發生移位或穿刺針變形。在出現危險情況時，夾持模塊松開穿刺針的上部，由于穿刺針的下部為浮動連接狀態，并不是完全固定住，因此此時處于浮動狀態。當需要重新夾持穿刺針時，視覺感知模塊能夠確定穿刺針的空間位姿，從而便于機械臂進行基于視覺的位姿調節，實現對偏斜后的穿刺針進行重新夾持。直線運動模塊能夠精準控制穿刺深度。
31、本發明的夾持模塊、引導模塊能夠在x光、ct、ect等影像的引導下完成手術，并及時確認穿刺角度的偏差量，及時修正穿刺角度與深度，以提高穿刺的精準性與安全性，同時避免醫生受到輻射傷害。