本发明专利技术公开了一种基于线驱动的连续体型前列腺活检机器人结构，属于医疗器械领域。包括连续体型机械臂和活检末端执行机构。其中连续体型机械臂包括底板、驱动舵机、驱动线绕线轮、节点环等组成，其中末端执行机构包括驱动电机、丝杠、机架、滑块、电磁活检枪、活检枪快换架、前挡板、连接板、光学定位板等组成。所述的电磁活检枪内的活检针可以取下并且可以快速更换，保证在手术过程中快速切换活检部位。所述末端执行机构通过连接板与连续体型机械臂进行连接固定，保证穿刺针的精准、稳定运动。所述的末端执行机构的光学定位板用来作为光学定位仪的识别标志物，术中实时返回末端执行机构的位姿。构的位姿。构的位姿。
【技术实现步骤摘要】
一种基于线驱动的连续体型前列腺活检机器人结构
[0001]本专利技术医疗器械
，具体为一种基于线驱动的连续体型前列腺活检机器人结构。
技术介绍
[0002]前列腺活检是前列腺癌早期诊断的重要手段，可提高前列腺癌诊断的可信度，减少误诊，避免误诊延误病情，为病人争取宝贵的治疗时间。而且，在上世纪80年代，由于前列腺特异性抗原(PSA)以及超声引导下经直肠和经会阴前列腺穿刺活检的广泛应用，这使得前列腺癌的检出率得到了较大的提升，而且还对穿刺的准确性和手术的便利性也有了很大的提升，所以在临床上，前列腺活检被普遍认为是诊断前列腺癌的黄金标准。
[0003]人体在仰卧位时，前列腺垂直人体长度的水平方向最大值约为30mm，竖直最大尺寸约为40mm，沿人体长度方向尺寸约为25mm，前列腺上缘至耻骨联合上缘皮肤表面距离为57.7
±
6.9mm，前列腺下缘至会阴部皮肤表面距离为30.1
±
6.1mm；前列腺上下径为24.3
±
3.3mm。机器人在前列腺活检中的应用受到人体结构的限制，活检过程在患者两腿之间进行，手术空间狭小，限制了机器人的工作空间，为医生操作机器人进行活检增加了难度，增加了医生的学习成本，同时也增加了手术的风险。因此需要一种比普通的关节
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连杆式机器人更加灵活的机器人来进行前列腺活检手术。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于，针对现有关节
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连杆式机器人无法适应前列腺活检狭小的手术空间的问题，公开了一种基于线驱动的连续体型前列腺活检机器人结构，包括：驱动线绕线轮、驱动舵机、底板、节点环、驱动电机、机架、连接板、丝杠、光学定位板、前挡板、活检针、电磁活检枪、滑块、活检枪快换件。所述的节点环之间可以通过螺栓进行连接，多个节点环连接后组成连续体型结构，可以实现多个自由度的运动。所述的节点环内部设有驱动线孔，驱动线孔内部穿有钢丝线作为驱动线，驱动线头部固定在最前端的节点环处，驱动线末端缠绕在驱动线绕线轮上，驱动舵机带动驱动线绕线轮转动，从而实现机械臂末端的运动。所述的电磁活检枪可以连接在滑块上实现前后运动，并且可以通过电信号来控制电磁活检枪的动作，使其可以切割组织。电磁活检枪通过活检枪快装件实现快速拆装，使得可以取下病人组织并且更换活检针。所述的驱动舵机共有四个，并且固定在底板上，驱动线绕线轮通过花键连接在驱动舵机输出轴上，使得可以通过控制驱动舵机的运动来控制连续体型机械臂的运动，从而控制末端的位姿。
[0005]优选的，所述的连续体型机械臂的同一条驱动线上的相邻节点环之间套有弹簧，弹簧套在驱动线上，可以平衡部分机械臂和末端机构的重量，使得机械臂更加精准。并且采用两段连续体结构交错90
°
布置的方式，可以提高连续体机械臂的自由度，使其运动更加灵活。
[0006]优选的，所述的线驱动活检机器人结构，在末端执行机构的前部安装有光学定位
板，可以利用光学定位仪来实时采集光学定位板的位姿，可以将此位姿数据作为距离反馈，以此可以实现位姿闭环控制。
[0007]优选的，所述的线驱动活检机器人结构，在末端执行机构的后部安装有驱动电机，该电机采用伺服电机，由此可以得到穿刺针前进的距离，由此可以根据术前的CT/MRI图像来判断穿刺针是否是否到达病灶。
[0008]本专利技术达到的技术效果如下：
[0009]1、连续体型机械臂可以完成末端穿刺机构位置和姿态的调整。
[0010]2、驱动舵机带动驱动线绕线轮可以实现对连续体型机械臂的运动控制。
[0011]3、末端穿刺机构可以实现穿刺针的前进和后退运动，并且末端前部的光学定位板可以实时反馈末端的位姿。
附图说明
[0012]图1是系统整体结构的示意图；
[0013]图2是节点环的结构的示意图；
[0014]图3是底板的结构的示意图；
[0015]图4是末端穿刺机构活检枪快装件的结构的示意图；
具体实施方式
[0016]下面结合附图，对本专利技术作详细的说明。
[0017]以下对本专利技术及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，实际的实施方式并不
[0018]局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本专利技术创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利技术的保护范围。
[0019]如图1所示，连续体型机械臂与末端穿刺机构采用连接板(7)进行连接，在末端穿刺机构的上表面开有螺纹孔，通过螺栓将连接板(7)与末端穿刺机构上表面进行连接，在连续体型机械臂末端开有螺纹孔，通过螺栓与连接板(7)进行连接。
[0020]如图1所示，在连续体机械臂两段的连接处的节点环需要单独设计成带有通孔的结构，由此可以保证两段连续体结构的连接。同样的，在连续体型机械臂和底板连接处的节点环也应这样设计，从而保证连接。
[0021]如图2所示，节点环上端沿着外壁有一对连接耳(401)，并且下端有一对向内凹的连接耳(403)，根据设计需要，连接耳(403)的外径需要小于连接耳(401)的内径。
[0022]如图2所示，节点环内壁的两个驱动线孔(402)的外径需要大于弹簧的外径，以此可以保证弹簧卡在驱动线孔处。
[0023]如图2所示，节点环(4)的相互连接采用螺栓连接，并且连接螺栓的长度应该适当，并且螺栓的螺帽应该在节点环里面，由此保证连接螺栓不能干扰到驱动线的运动。
[0024]如图3所示，连续体型机械臂固定位(302)需要满足一定的强度，以此来支撑连续体机械臂和穿刺末端的重量以及工作负载。
[0025]如图4所示，活检枪快装件(14)的四个固定卡扣应该具有一定的弹性，并且卡扣尺
寸应该适当，以此保证电磁活检枪可以取下和装上。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于线驱动的连续体型前列腺活检机器人结构，其特征在于，包括：节点环(4)，节点环上端沿着外壁有一对连接耳(401)，并且下端有一对向内凹的连接耳(403)，两对连接耳呈垂直布置，使得前个节点环的向内凹的连接耳可以嵌入下一个节点环的沿着外壁的连接耳。每对连接耳上均有通孔，通过螺栓可以连接两个节点环，使得两个节点环相对转动。所述的节点环(4)沿着内壁有两个驱动线孔(402)，两个驱动线孔呈180
°
夹角布置。该驱动线孔用于线驱动机械臂驱动线的安装与机械臂的驱动，并且在同一组驱动线相邻的驱动线孔之间安装有弹簧，弹簧套在驱动线外，安装弹簧可以抵消机械臂本身的部分重力，使得机械臂更加精准灵活。2.如权利要求1所述的一种基于线驱动的连续体型前列腺活检机器人结构，其特征在于，所述的节点环(4)所组成的连续体型机械臂分为两部分，每部分由十个节点环前后连接所组成。两段连续体结构呈交错90
°
布置，两段连续体结构通过螺栓连接。以此来提高连续体型机械臂的自由度，使得机械臂运动更加灵活。3.一种基于线驱动的连续体型前列腺活检机器人结构，其特征在于，包括：底板(3)、驱动舵机(2)、驱动线绕线轮(1)。所述的底板(3)包括驱动舵机固定位(301)和连续体型机械臂固定位(302)。所述的驱动舵机(2)通过螺栓固定在驱动舵机固定位上，连续体型机械臂通过所述的连续体型机械臂固定位(302)使用螺栓连接固定在所述的底板(3)上。所述的驱动舵机(2)和驱动线绕线轮(1)分别有四个。4.如权利要求3所述的一种基于线驱动的连续体型前列腺活检机器人结构，其特征在于，所述的驱动线绕线轮(1)通过花键结构和过盈配合固定在所述的驱动舵机(2)的输出轴上，使得驱动舵机带动驱动线绕线轮进行转动。连续体型机械臂的驱动线通过节点环内部的驱动线孔(402)进行安装并伸出，伸出的驱动线缠绕在所述的驱动线绕线轮(1)上，绕线轮的...
【专利技术属性】
技术研发人员：张永德，段海龙，李雪吉，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：
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