CN114767228A - 一种经直肠超声图像引导的前列腺穿刺机器人 - Google Patents

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Abstract

一种经直肠超声图像引导的前列腺穿刺机器人，它涉及医疗器械领域。本发明解决了现有的前列腺穿刺机器人存在定位精度低，可产业化程度低，占用空间大，且可靠性不高的问题。本发明的穿刺针夹持模块、弧形远心模块和机械臂模块由末端向首端顺次连接，超声探头夹持模块用于实现超声探头的进给运动和旋转运动，俯仰弧形部件用于实现穿刺针夹持模块的穿刺针绕远心点的俯仰运动，偏转弧形部件用于实现穿刺针夹持模块的穿刺针绕远心点的偏转运动，机械臂模块用于支撑弧形远心模块以实现远心点在空间中的定位，穿刺针夹持模块用于实现穿刺针在自转的同时沿规划的穿刺路径平移进针穿刺。本发明用于提高穿刺针定位精度且易于实现产业化。

Description

一种经直肠超声图像引导的前列腺穿刺机器人
技术领域
本发明涉及一种前列腺穿刺活检手术设备，特别涉及一种经直肠超声(TRUS)图像引导的前列腺穿刺机器人，属于医疗器械领域。
背景技术
随着前列腺癌发病率的增长并且日趋年轻化，前列腺癌已经成为全球男性发病率仅次于肺癌的第二大癌症，其死亡率位居第五。研究发现，2017年全球共有133万余例前列腺癌新发病例，其中超过1/5发生在美国；其次是中国，2017年前列腺癌患者超过14万人。因此前列腺癌的早期诊查被越发地重视，及时发现并治疗可以大大提高治愈可能性，对手术成功率的提高也具有重大意义。
目前，在几种常用的前列腺癌早期检查中，经直肠超声引导的穿刺活检由于其低成本、安全简便、具备实时性等特性，己成为前列腺癌诊断的通用临床手段。在临床的超声引导下的穿刺活检中，医生手动操作超声探头寻找病灶，然后手动进针，该过程中医生需要凭借经验确定进针路线，并且易受到低质量成像的干扰。该过程中的操作比较复杂，至少需要两个以上的医生配合，穿刺活检针的定位精度较低，检出率较低。因此需要通过增加穿刺次数来提高检出率，但同时这也增加了并发症发生的风险。考虑到机器人技术在稳定性、精确性以及自动化程度上的优势，研发在超声图像引导下能够精度靶向定位的穿刺机器人具有重大的临床意义。
公开号为CN109223056A的中国发明专利申请公开了一种具有远程中心运动的新型自动前列腺活检机器人，公开号为CN109223056A的中国发明专利申请中，一方面采用钢丝绳传动，由于滑块在弧形导轨不同位置时给到钢丝绳的拉力不同，因此很难精确控制滑块的定位精度，且钢丝绳在使用久了之后易发生形变，对控制精度带来不利影响；另一方面由于采用了双弧形导轨的设计，对两个导轨的平行度要求高，增加了装配难度且占用了较大了空间。
公开号为CN107260269A的中国发明专利申请公开了一种超声引导下前列腺穿刺活检机器人，公开号为CN107260269A的中国发明专利申请中，将超声扫描探头和穿刺机构安装于同一弧形滑块上，在超声扫描到病灶位置后，无法调整穿刺机构的刺入位置和角度，难以实现准确的定位。另外，虽然该专利申请虽然提出了使用两组弧形齿条和齿轮滑块机构实现超声扫描探头和穿刺机构的位置调整的思路，但是该机构的水平弧形齿条受到的重力较大，形变量大、应力集中，会造成穿刺针定位精度低，难以满足实际的工程需要，无法实现产业化。
并且，上述两篇现有技术中实现弧形导轨位置调整的是丝杆螺母或旋转关节+摆动板结构的方式，无论哪种方式，占用空间均很大，且可靠性不高。
综上所述，现有的前列腺穿刺机器人存在定位精度低，可产业化程度低，占用空间大，且可靠性不高的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的前列腺穿刺机器人存在定位精度低，可产业化程度低，占用空间大，且可靠性不高的问题，进而提供一种经直肠超声图像引导的前列腺穿刺机器人。
本发明的技术方案是：
一种经直肠超声图像引导的前列腺穿刺机器人，所述前列腺穿刺机器人包括基座1、机械臂模块2、弧形远心模块3、穿刺针夹持模块4和超声探头夹持模块5；机械臂模块2和超声探头夹持模块5均安装在基座1上，穿刺针夹持模块4为前列腺穿刺机器人的末端执行机构，穿刺针夹持模块4、弧形远心模块3和机械臂模块2由末端向首端顺次连接；超声探头夹持模块5包含一个自转关节和一个移动关节，所述超声探头夹持模块5用于实现超声探头的进给运动和旋转运动，满足超声探头在穿刺引导中的需求；弧形远心模块3包括俯仰弧形部件31、偏转弧形部件32和支撑架33，俯仰弧形部件31与偏转弧形部件32互相垂直，俯仰弧形部件31通过支撑架33与偏转弧形部件32连接，俯仰弧形部件31与偏转弧形部件32的圆心投影交汇处为弧形远心模块3的远心点；俯仰弧形部件31包含一个旋转关节，所述俯仰弧形部件31用于实现穿刺针夹持模块4的穿刺针45绕远心点的俯仰运动，偏转弧形部件32包含一个旋转关节，所述偏转弧形部件32用于实现穿刺针夹持模块4的穿刺针45绕远心点的偏转运动；机械臂模块2包含两个主动旋转关节和一个被动旋转关节，所述机械臂模块2用于支撑弧形远心模块3以实现远心点在空间中的定位；穿刺针夹持模块4包含一个移动关节和一个自转关节，所述穿刺针夹持模块4用于实现穿刺针45在自转的同时沿规划的穿刺路径平移进针穿刺。
进一步地，机械臂模块2包括机械臂模块基底、第一转轴21、第一机械臂22、第二转轴23、第二机械臂24、第三转轴25、机械臂连接件26、肩部回转电机和肘部回转电机；机械臂模块基底安装在基座1上，机械臂模块基底远离超声探头夹持模块5的一端侧部加工有缺口，第一机械臂22首端置于机械臂模块基底的缺口处，第一机械臂22首端固定连接有第一转轴21，所述第一转轴21端部与机械臂模块基底转动连接，肩部回转电机安装在机械臂模块基底内部，肩部回转电机的电机轴通过联轴器与第一转轴21固定连接；第二机械臂24首端固定连接有第二转轴23，所述第二转轴23端部与第一机械臂22末端转动连接，肘部回转电机安装在机械臂模块基底中，所述肘部回转电机通过齿轮传动将旋转传递至第二机械臂，机械臂连接件26轴端固定连接有第三转轴25，所述第三转轴25端部与第二机械臂24末端转动连接。
进一步地，俯仰弧形部件31包括壳体b311、弧形轨道b312、滑块b313、绝对编码器b314、编码器磁条b315、齿轮组b316、电机安装架b317和电机b318；壳体b311为弧形空心箱体，壳体b311一侧端面与机械臂连接件26末端固定连接，壳体b311另一侧端面沿圆周方向加工有弧形通孔b，弧形轨道b312同轴设置在壳体b311内部；弧形轨道b312包括弧形齿条b3121、轨道本体b3122和导轨b3123；轨道本体b3122固定安装在壳体b311内壁上，弧形齿条b3121内圈分布有若干个齿，弧形齿条b3121固定安装在轨道本体b3122上，导轨b3123固定安装在轨道本体b3122侧壁上，且导轨b3123、轨道本体b3122和弧形齿条b3121均同轴设置，滑块b313一端加工有与导轨b3123匹配的滑槽，滑块b313一端穿过弧形通孔b并与导轨b3123可滑动连接，电机安装架b317为L型板状结构，滑块b313另一端固定安装在电机安装架b317的纵向安装板的外侧端面上，所述电机安装架b317的纵向安装板上加工有第一装配轴孔b，支撑架33与电机安装架b317的横向安装板垂直布置，且支撑架33首端固定安装在电机安装架b317的横向安装板的外侧端面上，所述电机安装架b317的横向安装板上加工与第二装配轴孔b，电机b318安装在支撑架33内部，齿轮组b316包括主动锥齿轮b3161、从动锥齿轮b3162、柱形圆柱齿轮b3163、从动齿轮轴b、第一轴承b和第二轴承b，第一轴承b嵌装在第二装配轴孔b内，电机b318的电机轴通过第一轴承b与电机安装架b317的横向安装板转动连接，主动锥齿轮3161安装在电机b318的电机轴端部，第一轴承b嵌装在第一装配轴孔b内，从动齿轮轴b通过第二轴承b与电机安装架b317的纵向安装板转动连接，柱形圆柱齿轮b3163安装在从动齿轮轴b靠近弧形轨道b312的一端，且所述柱形圆柱齿轮b3163与弧形齿条b3121相啮合，从动锥齿轮b3162安装在从动齿轮轴b远离弧形轨道b312的一端，且所述从动锥齿轮b3162与主动锥齿轮b3161相啮合，编码器磁条b315安装在弧形轨道b312的外圆周上，绝对编码器b314安装在电机安装架b317上，编码器磁条b315与绝对编码器b314相对设置。
进一步地，偏转弧形部件32包括壳体a321、弧形轨道a322、滑块a323、绝对编码器a324、编码器磁条a325、齿轮组a326、电机安装架a327、电机a328和齿轮连接架a329；壳体a321为弧形空心箱体，壳体a321端部加工有矩形通孔，一侧端面沿圆周方向加工有弧形通孔a，弧形轨道a322同轴设置在壳体a321内部；弧形轨道a322包括弧形齿条a3221、轨道本体a3222和导轨a3223；轨道本体a3222固定安装在壳体a321内壁上，弧形齿条a3221外圈上分布有若干个齿，弧形齿条a3221固定安装在轨道本体a3222上，导轨a3223固定安装在轨道本体a3222侧壁上，且导轨a3223、轨道本体a3222和弧形齿条a3221均同轴设置，轨道本体a3222与支撑架33垂直布置，且轨道本体a3222一端穿过壳体a321端部的矩形通孔并与支撑架33末端固定连接，滑块a323一端加工有与导轨a3223匹配的滑槽，滑块a323一端穿过弧形通孔a并与导轨a3223可滑动连接，滑块a323另一端与穿刺针夹持模块4固定连接，电机安装架a327与穿刺针夹持模块4垂直布置，且电机安装架a327底端与穿刺针夹持模块4固定连接，电机安装架a327上加工有第一装配轴孔a，电机a328垂直安装在电机安装架a327上，齿轮组a326包块主动锥齿轮3261、从动锥齿轮3262、柱形圆柱齿轮3263、从动齿轮轴a、第一轴承a和第二轴承a，第一轴承a嵌装在电机安装架a327的第一装配轴孔a内，电机a328的电机轴通过第一轴承a与电机安装架a327转动连接，齿轮连接架a329与电机安装架a327垂直布置，齿轮连接架a329一端与电机安装架a327固定连接，齿轮连接架a329另一端加工有第二装配轴孔a，第二轴承a嵌装在第二装配轴孔a内，从动齿轮轴a一端通过第二轴承a与齿轮连接架a329转动连接，从动齿轮轴a另一端由外向内依次安装有柱形圆柱齿轮3263和从动锥齿轮3262，所述从动锥齿轮3262与主动锥齿轮3261相啮合，柱形圆柱齿轮3263与弧形齿条a3221相啮合，编码器磁条a325固定安装在弧形轨道a322的外圆周上，绝对编码器a324固定安装在电机安装架a327上，编码器磁条a325与绝对编码器a324。
进一步地，弧形远心模块3还包括线束框34，线束框34上加工有线束孔，所述线束框34固定安装在电机安装架a327上。
进一步地，支撑架33包括壳体c331和框形架332，框形架332首端与俯仰弧形部件31的电机安装架b317固定连接，框形架332末端与偏转弧形部件32的弧形轨道a322固定连接，壳体c331套设在框形架332上，且壳体c331与框形架332固定连接。
进一步地，穿刺针夹持模块4包括直线动力组件41、旋转动力组件42、隔离组件43、穿刺针接口组件44和穿刺针45；
直线动力组件41包括滚珠丝杠组件411、第一电机组件412、戳卡夹持器413、传动连接件414、导轨组件415、支撑底壳416和戳卡417，支撑底壳416上端面沿长度方向由后至前依次安装有滚珠丝杠组件411和第一电机组件412，第一电机组件412的电机轴通过联轴器与滚珠丝杠组件411的丝杠端部连接，支撑底壳416下端面后侧沿长度方向设置有导轨组件415，导轨组件415中的导轨与支撑底壳416固定连接，导轨组件415中的导轨上可滑动安装有滑块，所述滑块与旋转动力组件42固定连接；传动连接件414中部加工有用于走线的空槽，导轨组件415侧部的支撑底壳416下端面加工有一个与导轨组件415平行布置的底壳矩形通孔，传动连接件414顶端与滚珠丝杠组件411的丝母连接，传动连接件414底端穿过底壳矩形通孔与旋转动力组件42连接；支撑底壳416下端面前侧安装有戳卡夹持器413，戳卡417与戳卡夹持器413的底端可拆卸连接，戳卡417的末端点位于俯仰弧形部件31与偏转弧形部件32的圆心投影交汇处，即戳卡417的末端点为弧形远心模块3的远心点，当机械臂模块2固定后，穿刺针45的偏转与俯仰运动均绕此远心点进行；
旋转动力组件42、隔离组件43和穿刺针接口组件44由后至前依次连接，旋转动力组件42顶端分别与传动连接件414底端以及导轨组件415中的滑块底端固定连接；
旋转动力组件42包括第一外壳421、第二电机组件422、支撑座423和传动过渡件424，第一外壳421内部沿长度方向由后至前依次设置有第二电机组件422和支撑座423，所述支撑座423固定安装在第一外壳421内壁上，支撑座423中心加工有过渡通孔，第二电机组件422的电机壳前端与支撑座423末端固定连接，传动过渡件424嵌装在支撑座423首端的过渡通孔内，且传动过渡件424与支撑座423可转动连接，第二电机组件422的电机轴依次穿过支撑座423和传动过渡件424，且传动过渡件424上设有顶丝孔，第二电机组件422的电机轴通过顶丝与传动过渡件424固定连接；
隔离组件43包括卡扣板431、传动件432、无菌罩连接板433和隔离挡板434，卡扣板431、无菌罩连接板433和隔离挡板434由后至前依次同轴连接，卡扣板431末端两侧设有两个相对的末端卡扣，第一外壳421首端两侧加工有用于与两个末端卡扣匹配的卡槽，卡扣板431末端通过两侧末端卡扣与第一外壳421首端可拆卸连接，卡扣板431首端两侧设有两个相对的首端卡扣，穿刺针接口组件44两侧加工有用于与两个首端卡扣匹配的卡槽，卡扣板431首端通过两侧首端卡扣与穿刺针接口组件44可拆卸连接，传动件432末端与传动过渡件424配合连接，传动件432首端由后至前依次穿过卡扣板431、无菌罩连接板433和隔离挡板434中心的传动装配通孔；
穿刺针接口组件44包括传动轴系441、支撑板442、齿轮组443、卡扣按钮444、锁紧螺母445、第二外壳446、端盖447和针套448，支撑板442通过螺丝与第二外壳446固定连接，支撑板442靠近第二外壳446的一侧端面设有两个相对的卡扣按钮444，所述卡扣按钮444上加工有与卡扣板431的首端卡扣匹配的卡扣定位槽，第二外壳446左右两侧分别加工有用于与两个卡扣按钮444匹配的按钮装配缺口，支撑板442左右两侧分别加工有用于与卡扣板431的首端卡扣匹配的卡扣过渡凹槽，所述卡扣过渡凹槽与按钮装配缺口一一对应，卡扣板431的两个首端卡扣依次穿过卡扣过渡凹槽和按钮装配缺口并与卡扣按钮444的卡扣定位槽配合连接，第二外壳446内部设有容纳腔，支撑板442上分别加工有第一上轴孔和第一下轴孔，端盖447上分别加工有与第一上轴孔相对应的第二上轴孔和与第一下轴孔相对应的第二下轴孔，第一上轴孔、第二上轴孔、第一下轴孔和第二下轴孔内均嵌装有轴承，传动轴系441包括传动轴4411和空心轴4412，齿轮组443包括主动圆柱齿轮和从动圆柱齿轮，传动轴4411一端穿过支撑板442的第一上轴孔并通过轴承与支撑板442转动连接，传动轴4411另一端穿过端盖447的第二上轴孔并通过轴承与端盖447转动连接，传动轴4411中部安装有主动圆柱齿轮，空心轴4412一端穿过支撑板442的第一下轴孔并通过轴承与支撑板442转动连接，空心轴4412另一端穿过端盖447的第二下轴孔并通过轴承与端盖447转动连接，空心轴4412上安装有从动圆柱齿轮，所述从动圆柱齿轮与主动圆柱齿轮相啮合，穿刺针45根部由前至后依次穿过第二外壳446、端盖447、空心轴4412、支撑板442并与针套448固定连接，空心轴4412伸出第二外壳446部分加工有外螺纹，穿刺针45穿过针套448，针套448穿过空心轴4412，针套448末端设有与空心轴4412末端相配合的斜面，锁紧螺母445与空心轴4412末端外螺纹旋紧连接，从而夹紧针套448末端的斜面，从而夹紧穿刺针45，穿刺针45尖端插设在戳卡417的针孔内。
进一步地，超声探头夹持模块5包括超声探头夹持模块基底、直线动力组件a、旋转动力组件a、夹持组件和超声探头，超声探头夹持模块基底安装在基座1的顶端，直线动力组件a安装在超声探头夹持模块基底上，超声探头安装在夹持组件上，夹持组件与旋转动力组件a的输出端连接，旋转动力组件a用于实现超声探头的旋转运动，旋转动力组件a与直线动力组件a的输出端连接，直线动力组件a用于实现超声探头的进给运动。
进一步地，超声探头夹持模块5还包括超声探头透明罩51和透明罩座52，超声探头透明罩51套设在超声探头上，超声探头透明罩51通过透明罩座52与直线动力组件a固定连接。
进一步地，轨道本体a3222包括轨道基座32221，轨道基座32221的一侧端面加工有用于为弧形齿条a3221的装配提供限位的凸起部分32222，轨道基座32221的另一侧端面加工有用于为导轨a3223的装配提供限位凹槽部分32223，凸起部分32222的另一侧还加工有可以避免与弧形齿条a3221啮合的执行齿轮a3263与轨道本体a3222发生摩擦的台阶部分32224，轨道基座32221的一端加工有用于与框形架332连接的连接部分32225，凹槽部分32223的另一侧还加工有用于粘贴编码器磁条a325的轨道侧板32226，凹槽部分32223的两端加工有用于装配导轨限位件防止滑块a323超出导轨a3223行程的深槽部分32227。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
1、本发明所述前列腺穿刺机器人通过机器人技术实现超声探头与穿刺针45的协同操作，可以实现在超声图像引导下的前列腺精准自动穿刺，从而替代医生在前列腺穿刺活检中的部分工作，可以提高临床诊疗工作的效率以及临床资源的利用率，具有重大的临床意义和开发前景。
2、本发明所述前列腺穿刺机器人通过互相垂直的俯仰弧形部件31和偏转弧形部件32在空间中构造了一个固定点，即弧形远心模块3的远心点。当机械臂模块2调整位置固定远心点的空间位置后，穿刺针45可以通过单一固定的入刺点(远心点)以不同的姿态到达不同的目标区域，降低多次穿刺下选择多个入刺点对人体的伤害。
3、本发明设计了可拆卸的穿刺针夹持模块4，通过无菌布将机器人与穿刺针夹持模块4隔离，实现了与穿刺针45直接相接触部分消毒的便捷性，方便该机器人在临床无菌场景中的实施。
4、本发明设计了超声探头透明罩51，在术中先将超声探头透明罩51插入直肠中，为超声探头的运动预留了空间，避免超声探头运动的过程中对前列腺挤压造成变形，同时也达到了隔离人体与超声探头的效果。
5、本发明的弧形远心模块3的具体结构，相比于现有技术，具备定位精度高，可产业化程度高的优点。
6、本发明的机械臂模块2采用并联二自由度机械臂，相比于现有技术的丝杆螺母或旋转关节+摆动板结构，具备占用空间小且结构更加稳定可靠的优点。
附图说明
图1是本发明的经直肠超声图像引导的前列腺穿刺机器人的结构示意图；
图2是本发明的经直肠超声图像引导的前列腺穿刺机器人的轴测图；
图3是本发明的弧形远心模块3的结构示意图；
图4是本发明的弧形远心模块3的轴测图；
图5是本发明的弧形远心模块3内部结构的轴测图(一)；
图6是本发明的弧形远心模块3内部结构的轴测图(二)；
图7是本发明的弧形远心模块3内部结构的轴测图(三)；
图8是本发明的轨道本体a3222的结构示意图；
图9是本发明的轨道本体a3222的轴测图；
图10是本发明的穿刺针夹持模块4的结构示意图；
图11是本发明的直线动力组件41的结构示意图；
图12是本发明的直线动力组件41的轴测图；
图13是本发明的旋转动力组件42的结构示意图；
图14是本发明的旋转动力组件42的结构剖面图；
图15是本发明的隔离组件43的结构示意图；
图16是本发明的穿刺针接口组件44的结构示意图；
图17是本发明的经直肠超声图像引导的前列腺穿刺机器人的主视图；
图18是本发明的经直肠超声图像引导的前列腺穿刺机器人的侧视图。
图中：
1-基座；2-机械臂模块；3-弧形远心模块；4-穿刺针夹持模块；5-超声探头夹持模块；
21-第一转轴；22-第一机械臂；23-第二转轴；24-第二机械臂；25-第三转轴；26-机械臂连接件；
31-俯仰弧形部件；32-偏转弧形部件；33-支撑架；34-线束框；
311-壳体b；312-弧形轨道b；313-滑块b；314-绝对编码器b；315-编码器磁条b；316-齿轮组b；317-电机安装架b；318-电机b；
3121-弧形齿条b；3122-轨道本体b；3123-导轨b；
3161-主动锥齿轮b；3162-从动锥齿轮b；3163-柱形圆柱齿轮b；
321-壳体a；322-弧形轨道a；323-滑块a；324-绝对编码器a；325-编码器磁条a；326-齿轮组a；327-电机安装架a；328-电机a；329-齿轮连接架a；
3221-弧形齿条a；3222-轨道本体a；3223-导轨a；
3261-主动锥齿轮；3262-从动锥齿轮；3263-柱形圆柱齿轮；
32221-轨道基座；32222-凸起部分；32223-凹槽部分；32224-台阶部分；32225-连接部分；32226-轨道侧板；32227-深槽部分；
331-壳体c；332-框形架；
41-直线动力组件；42-旋转动力组件；43-隔离组件；44-穿刺针接口组件；45-穿刺针；
411-滚珠丝杠组件；412-第一电机组件；413-戳卡夹持器；414-传动连接件；415-导轨组件；416-支撑底壳；417-戳卡；
421-第一外壳；422-第二电机组件；423-支撑座；424-传动过渡件；
431-卡扣板；432-传动件；433-无菌罩连接板；434-隔离挡板；
441-传动轴系；442-支撑板；443-齿轮组；444-卡扣按钮；445-锁紧螺母；446-第二外壳；447-端盖；448-针套；
51-超声探头透明罩；52-透明罩座。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图4、图17和图18说明本实施方式，本实施方式的一种经直肠超声图像引导的前列腺穿刺机器人，所述前列腺穿刺机器人包括基座1、机械臂模块2、弧形远心模块3、穿刺针夹持模块4和超声探头夹持模块5；机械臂模块2和超声探头夹持模块5均安装在基座1上，穿刺针夹持模块4为前列腺穿刺机器人的末端执行机构，穿刺针夹持模块4、弧形远心模块3和机械臂模块2由末端向首端顺次连接；超声探头夹持模块5包含一个自转关节和一个移动关节，所述超声探头夹持模块5用于实现超声探头的进给运动和旋转运动，满足超声探头在穿刺引导中的需求；弧形远心模块3包括俯仰弧形部件31、偏转弧形部件32和支撑架33，俯仰弧形部件31与偏转弧形部件32互相垂直，俯仰弧形部件31通过支撑架33与偏转弧形部件32连接，俯仰弧形部件31与偏转弧形部件32的圆心投影交汇处为弧形远心模块3的远心点；俯仰弧形部件31包含一个旋转关节，所述俯仰弧形部件31用于实现穿刺针夹持模块4的穿刺针45绕远心点的俯仰运动，偏转弧形部件32包含一个旋转关节，所述偏转弧形部件32用于实现穿刺针夹持模块4的穿刺针45绕远心点的偏转运动；机械臂模块2包含两个主动旋转关节和一个被动旋转关节，所述机械臂模块2用于支撑弧形远心模块3以实现远心点在空间中的定位；穿刺针夹持模块4包含一个移动关节和一个自转关节，所述穿刺针夹持模块4用于实现穿刺针45在自转的同时沿规划的穿刺路径平移进针穿刺。
本实施方式中，基座1用于为本发明的前列腺穿刺机器人提供支撑，其可放置于可升降的移动平台上，便于本发明的前列腺穿刺机器人的运输和使用。
本实施方式中，偏转弧形部件32的圆心在垂直于弧形面的方向(图示中的竖直方向)上与穿刺针夹持模块4的直线动力组件41的戳卡417的末端点重合，俯仰弧形部件31的圆心在垂直于弧形面的方向(图示中的正面向内方向)上与穿刺针夹持模块4的直线动力组件41的戳卡417的末端点重合，两圆心和戳卡417的末端点三者位置关系，保证了穿刺针45可始终绕着远心点调整角度，当机械臂模块2将远心点固定至入刺点后，入刺点的位置不发生变化，避免因为术中入刺点的移动造成意外的伤害。
具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的机械臂模块2包括机械臂模块基底、第一转轴21、第一机械臂22、第二转轴23、第二机械臂24、第三转轴25、机械臂连接件26、肩部回转电机和肘部回转电机；机械臂模块基底安装在基座1上，机械臂模块基底远离超声探头夹持模块5的一端侧部加工有缺口，第一机械臂22首端置于机械臂模块基底的缺口处，第一机械臂22首端固定连接有第一转轴21，所述第一转轴21端部与机械臂模块基底转动连接，肩部回转电机安装在机械臂模块基底内部，肩部回转电机的电机轴通过联轴器与第一转轴21固定连接；第二机械臂24首端固定连接有第二转轴23，所述第二转轴23端部与第一机械臂22末端转动连接，肘部回转电机安装在机械臂模块基底中，所述肘部回转电机通过齿轮传动将旋转传递至第二机械臂，机械臂连接件26轴端固定连接有第三转轴25，所述第三转轴25端部与第二机械臂24末端转动连接。整个机械臂通过双平行四边形的结构传动，第三转轴25是一个被动传动。该结构在机械臂转动时，可以使得末端执行机构的姿态保持不变。如此设置，机械臂模块2为二自由度的并联机械臂，机械臂模块2可以实现远心点在空间中的定位，用于在机械臂模块2转动时，保持穿刺针45的姿态无变化。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
本实施方式中，基座1的缺口为L形，从而保证第一机械臂22最大可以转动90°，提高了机械臂模块2的活动范围。在机械臂模块2末端设置第三转轴25的目的是使机械臂模块2转动时，弧形远心模块3和穿刺针夹持模块4姿态始终保持不变(例如始终水平)，便于医生观察和操作。根据需要或为了简化结构，也可以取消第三转轴25和机械臂连接件26，将第二机械臂24直接与弧形远心模块3的俯仰弧形部件31连接。
具体实施方式三：结合图3至图7说明本实施方式，本实施方式的俯仰弧形部件31包括壳体b311、弧形轨道b312、滑块b313、绝对编码器b314、编码器磁条b315、齿轮组b316、电机安装架b317和电机b318；壳体b311为弧形空心箱体，壳体b311一侧端面与机械臂连接件26末端固定连接，壳体b311另一侧端面沿圆周方向加工有弧形通孔b，弧形轨道b312同轴设置在壳体b311内部；弧形轨道b312包括弧形齿条b3121、轨道本体b3122和导轨b3123；轨道本体b3122固定安装在壳体b311内壁上，弧形齿条b3121内圈分布有若干个齿，弧形齿条b3121固定安装在轨道本体b3122上，导轨b3123固定安装在轨道本体b3122侧壁上，且导轨b3123、轨道本体b3122和弧形齿条b3121均同轴设置，滑块b313一端加工有与导轨b3123匹配的滑槽，滑块b313一端穿过弧形通孔b并与导轨b3123可滑动连接，电机安装架b317为L型板状结构，滑块b313另一端固定安装在电机安装架b317的纵向安装板的外侧端面上，所述电机安装架b317的纵向安装板上加工有第一装配轴孔b，支撑架33与电机安装架b317的横向安装板垂直布置，且支撑架33首端固定安装在电机安装架b317的横向安装板的外侧端面上，所述电机安装架b317的横向安装板上加工与第二装配轴孔b，电机b318安装在支撑架33内部，齿轮组b316包括主动锥齿轮b3161、从动锥齿轮b3162、柱形圆柱齿轮b3163、从动齿轮轴b、第一轴承b和第二轴承b，第一轴承b嵌装在第二装配轴孔b内，电机b318的电机轴通过第一轴承b与电机安装架b317的横向安装板转动连接，主动锥齿轮3161安装在电机b318的电机轴端部，第一轴承b嵌装在第一装配轴孔b内，从动齿轮轴b通过第二轴承b与电机安装架b317的纵向安装板转动连接，柱形圆柱齿轮b3163安装在从动齿轮轴b靠近弧形轨道b312的一端，且所述柱形圆柱齿轮b3163与弧形齿条b3121相啮合，从动锥齿轮b3162安装在从动齿轮轴b远离弧形轨道b312的一端，且所述从动锥齿轮b3162与主动锥齿轮b3161相啮合，编码器磁条b315安装在弧形轨道b312的外圆周上，绝对编码器b314安装在电机安装架b317上，编码器磁条b315与绝对编码器b314相对设置。如此设置，穿刺针45绕远心点的偏转运动由偏转弧形部件32实现，电机b318驱动齿轮组b316转动，从而使得电机b318、齿轮组b316、滑块b313、支撑架33、偏转弧形部件32以及穿刺针夹持模块4沿着弧形轨道b312。编码器磁条b315与弧形齿条b3121保持相对静止，绝对编码器b314可读取穿刺针夹持模块4沿着弧形轨道b312运动的角度，从而实现穿刺针俯仰角度的控制。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
本实施方式的壳体b311上设有散热孔，为使发热元件及时降温。
具体实施方式四：结合图3至图9说明本实施方式，本实施方式的偏转弧形部件32包括壳体a321、弧形轨道a322、滑块a323、绝对编码器a324、编码器磁条a325、齿轮组a326、电机安装架a327、电机a328和齿轮连接架a329；壳体a321为弧形空心箱体，壳体a321端部加工有矩形通孔，一侧端面沿圆周方向加工有弧形通孔a，弧形轨道a322同轴设置在壳体a321内部；弧形轨道a322包括弧形齿条a3221、轨道本体a3222和导轨a3223；轨道本体a3222固定安装在壳体a321内壁上，弧形齿条a3221外圈上分布有若干个齿，弧形齿条a3221固定安装在轨道本体a3222上，导轨a3223固定安装在轨道本体a3222侧壁上，且导轨a3223、轨道本体a3222和弧形齿条a3221均同轴设置，轨道本体a3222与支撑架33垂直布置，且轨道本体a3222一端穿过壳体a321端部的矩形通孔并与支撑架33末端固定连接，滑块a323一端加工有与导轨a3223匹配的滑槽，滑块a323一端穿过弧形通孔a并与导轨a3223可滑动连接，滑块a323另一端与穿刺针夹持模块4固定连接，电机安装架a327与穿刺针夹持模块4垂直布置，且电机安装架a327底端与穿刺针夹持模块4固定连接，电机安装架a327上加工有第一装配轴孔a，电机a328垂直安装在电机安装架a327上，齿轮组a326包块主动锥齿轮3261、从动锥齿轮3262、柱形圆柱齿轮3263、从动齿轮轴a、第一轴承a和第二轴承a，第一轴承a嵌装在电机安装架a327的第一装配轴孔a内，电机a328的电机轴通过第一轴承a与电机安装架a327转动连接，齿轮连接架a329与电机安装架a327垂直布置，齿轮连接架a329一端与电机安装架a327固定连接，齿轮连接架a329另一端加工有第二装配轴孔a，第二轴承a嵌装在第二装配轴孔a内，从动齿轮轴a一端通过第二轴承a与齿轮连接架a329转动连接，从动齿轮轴a另一端由外向内依次安装有柱形圆柱齿轮3263和从动锥齿轮3262，所述从动锥齿轮3262与主动锥齿轮3261相啮合，柱形圆柱齿轮3263与弧形齿条a3221相啮合，编码器磁条a325固定安装在弧形轨道a322的外圆周上，绝对编码器a324固定安装在电机安装架a327上，编码器磁条a325与绝对编码器a324。如此设置，穿刺针45绕远心点的俯仰运动由俯仰弧形部件31实现，电机a328驱动齿轮组a326转动，从而使得电机a328、齿轮组a326、滑块a323沿着弧形轨道a322运动，进而带动穿刺针夹持模块4沿着弧形轨道a322运动。编码器磁条a325与弧形轨道a322保持相对静止，编码器磁条a325可读取穿刺针夹持模块4沿着弧形轨道a322运动的角度，从而实现穿刺针偏转角度的控制。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
本实施方式的弧形齿条a3221与轨道本体a3222之间采用装配式设计，可便于齿条磨损后的更换，二者也可以设计成为一个整体。
具体实施方式五：结合图7说明本实施方式，本实施方式的弧形远心模块3还包括线束框34，线束框34上加工有线束孔，所述线束框34固定安装在电机安装架a327上。如此设置，线束框34的设置是为了引出电机a328和驱动器(图中未示出)等电气元件的控制线束，给线束一个支撑，防止与其他部件干涉。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六：结合图3和图7说明本实施方式，本实施方式的支撑架33包括壳体c331和框形架332，框形架332首端与俯仰弧形部件31的电机安装架b317固定连接，框形架332末端与偏转弧形部件32的弧形轨道a322固定连接，壳体c331套设在框形架332上，且壳体c331与框形架332固定连接。如此设置，俯仰弧形部件31的电机b318安装在框形架332内部，可节约空间。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
具体实施方式七：结合图10至图16说明本实施方式，本实施方式的穿刺针夹持模块4包括直线动力组件41、旋转动力组件42、隔离组件43、穿刺针接口组件44和穿刺针45；
如图10至图11所示，直线动力组件41包括滚珠丝杠组件411、第一电机组件412、戳卡夹持器413、传动连接件414、导轨组件415、支撑底壳416和戳卡417，支撑底壳416上端面沿长度方向由后至前依次安装有滚珠丝杠组件411和第一电机组件412，第一电机组件412的电机轴通过联轴器与滚珠丝杠组件411的丝杠端部连接，支撑底壳416下端面后侧沿长度方向设置有导轨组件415，导轨组件415中的导轨与支撑底壳416固定连接，导轨组件415中的导轨上可滑动安装有滑块，所述滑块与旋转动力组件42固定连接；传动连接件414中部加工有用于走线的空槽，导轨组件415侧部的支撑底壳416下端面加工有一个与导轨组件415平行布置的底壳矩形通孔，传动连接件414顶端与滚珠丝杠组件411的丝母连接，传动连接件414底端穿过底壳矩形通孔与旋转动力组件42连接；支撑底壳416下端面前侧安装有戳卡夹持器413，戳卡417与戳卡夹持器413的底端可拆卸连接，戳卡417的末端点位于俯仰弧形部件31与偏转弧形部件32的圆心投影交汇处，即戳卡417的末端点为弧形远心模块3的远心点，当机械臂模块2固定后，穿刺针45的偏转与俯仰运动均绕此远心点进行；
如图10所示，旋转动力组件42、隔离组件43和穿刺针接口组件44由后至前依次连接，旋转动力组件42顶端分别与传动连接件414底端以及导轨组件415中的滑块底端固定连接；
如图13和图14所示，旋转动力组件42包括第一外壳421、第二电机组件422、支撑座423和传动过渡件424，第一外壳421内部沿长度方向由后至前依次设置有第二电机组件422和支撑座423，所述支撑座423固定安装在第一外壳421内壁上，支撑座423中心加工有过渡通孔，第二电机组件422的电机壳前端与支撑座423末端固定连接，传动过渡件424嵌装在支撑座423首端的过渡通孔内，且传动过渡件424与支撑座423可转动连接，第二电机组件422的电机轴依次穿过支撑座423和传动过渡件424，且传动过渡件424上设有顶丝孔，第二电机组件422的电机轴通过顶丝与传动过渡件424固定连接；
如图15所示，隔离组件43包括卡扣板431、传动件432、无菌罩连接板433和隔离挡板434，卡扣板431、无菌罩连接板433和隔离挡板434由后至前依次同轴连接，卡扣板431末端两侧设有两个相对的末端卡扣，第一外壳421首端两侧加工有用于与两个末端卡扣匹配的卡槽，卡扣板431末端通过两侧末端卡扣与第一外壳421首端可拆卸连接，卡扣板431首端两侧设有两个相对的首端卡扣，穿刺针接口组件44两侧加工有用于与两个首端卡扣匹配的卡槽，卡扣板431首端通过两侧首端卡扣与穿刺针接口组件44可拆卸连接，传动件432末端与传动过渡件424配合连接，传动件432首端由后至前依次穿过卡扣板431、无菌罩连接板433和隔离挡板434中心的传动装配通孔；
如图16所示，穿刺针接口组件44包括传动轴系441、支撑板442、齿轮组443、卡扣按钮444、锁紧螺母445、第二外壳446、端盖447和针套448，支撑板442通过螺丝与第二外壳446固定连接，支撑板442靠近第二外壳446的一侧端面设有两个相对的卡扣按钮444，所述卡扣按钮444上加工有与卡扣板431的首端卡扣匹配的卡扣定位槽，第二外壳446左右两侧分别加工有用于与两个卡扣按钮444匹配的按钮装配缺口，支撑板442左右两侧分别加工有用于与卡扣板431的首端卡扣匹配的卡扣过渡凹槽，所述卡扣过渡凹槽与按钮装配缺口一一对应，卡扣板431的两个首端卡扣依次穿过卡扣过渡凹槽和按钮装配缺口并与卡扣按钮444的卡扣定位槽配合连接，卡扣按钮444用于撬动卡扣板431上的首端卡扣，使得穿刺针接口组件44从卡扣板431上脱离，便于穿刺针接口组件44的拆卸消毒，第二外壳446内部设有容纳腔，支撑板442上分别加工有第一上轴孔和第一下轴孔，端盖447上分别加工有与第一上轴孔相对应的第二上轴孔和与第一下轴孔相对应的第二下轴孔，第一上轴孔、第二上轴孔、第一下轴孔和第二下轴孔内均嵌装有轴承，传动轴系441包括传动轴4411和空心轴4412，齿轮组443包括主动圆柱齿轮和从动圆柱齿轮，传动轴4411一端穿过支撑板442的第一上轴孔并通过轴承与支撑板442转动连接，传动轴4411另一端穿过端盖447的第二上轴孔并通过轴承与端盖447转动连接，传动轴4411中部安装有主动圆柱齿轮，空心轴4412一端穿过支撑板442的第一下轴孔并通过轴承与支撑板442转动连接，空心轴4412另一端穿过端盖447的第二下轴孔并通过轴承与端盖447转动连接，空心轴4412上安装有从动圆柱齿轮，所述从动圆柱齿轮与主动圆柱齿轮相啮合，穿刺针45根部由前至后依次穿过第二外壳446、端盖447、空心轴4412、支撑板442并与针套448固定连接，空心轴4412伸出第二外壳446部分加工有外螺纹，穿刺针45穿过针套448，针套448穿过空心轴4412，针套448末端设有与空心轴4412末端相配合的斜面，锁紧螺母445与空心轴4412末端外螺纹旋紧连接，从而夹紧针套448末端的斜面，从而夹紧穿刺针45，穿刺针45尖端插设在戳卡417的针孔内。如此设置，隔离组件43与旋转动力组件42之间、隔离组件43与穿刺针接口组件44之间均采用卡扣连接的方式，方便与旋转动力组件42之间的连接和拆卸后可以单独消毒。戳卡417固定在戳卡夹持器413上，通过戳卡夹持器413上的弹簧按钮可以拆卸戳卡417。无菌罩连接板433用于连接无菌布，通过无菌布隔离穿刺针接口组件44与戳卡417使得机器人本体与无菌环境隔离，戳卡417与戳卡夹持器413之间隔有一层无菌布，确保戳卡417与机器人主体隔离，戳卡417主要实现穿刺针45导向与远心点显示的作用。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。
具体实施方式八：结合图1、图2、图17和图18说明本实施方式，本实施方式的超声探头夹持模块5包括超声探头夹持模块基底、直线动力组件a、旋转动力组件a、夹持组件和超声探头，超声探头夹持模块基底安装在基座1的顶端，直线动力组件a安装在超声探头夹持模块基底上，超声探头安装在夹持组件上，夹持组件与旋转动力组件a的输出端连接，旋转动力组件a用于实现超声探头的旋转运动，旋转动力组件a与直线动力组件a的输出端连接，直线动力组件a用于实现超声探头的进给运动。如此设置，超声探头夹持模块5通过直线动力组件a实现超声探头的直线进给动作，超声探头夹持模块5通过旋转动力组件a实现超声探头的旋转运动，满足常规双平面超声探头在穿刺引导中的需求。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。
其中超声探头的轴向移动自由度由滚珠丝杠型直线滑台模组实现，超声探头的自转自由度通过齿轮传动实现。
具体实施方式九：结合图17和图18说明本实施方式，本实施方式的超声探头夹持模块5还包括超声探头透明罩51和透明罩座52，超声探头透明罩51套设在超声探头上，超声探头透明罩51通过透明罩座52与直线动力组件a固定连接。如此设置，超声探头透明罩51和透明罩座52位于超声探头的前端，在超声探头工作前，预先将超声探头透明罩51插入直肠，减少在术中因超声探头的插入导致的前列腺形状变化。超声探头透明罩51通过螺母固定在透明罩座52上，以方便拆卸消毒。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八相同。
具体实施方式十：结合8和图9说明本实施方式，本实施方式的轨道本体a3222包括轨道基座32221，轨道基座32221的一侧端面加工有用于为弧形齿条a3221的装配提供限位的凸起部分32222，轨道基座32221的另一侧端面加工有用于为导轨a3223的装配提供限位凹槽部分32223，凸起部分32222的另一侧还加工有可以避免与弧形齿条a3221啮合的执行齿轮a3263与轨道本体a3222发生摩擦的台阶部分32224，轨道基座32221的一端加工有用于与框形架332连接的连接部分32225，凹槽部分32223的另一侧还加工有用于粘贴编码器磁条a325的轨道侧板32226，凹槽部分32223的两端加工有用于装配导轨限位件防止滑块a323超出导轨a3223行程的深槽部分32227。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七、八或九相同。
工作原理
结合图1至图18说明本发明的经直肠超声图像引导的前列腺穿刺机器人的工作原理：
一种采用具体实施方式一至九任意一项权利要求所述经直肠超声图像引导的前列腺穿刺机器人的前列腺穿刺方法，所述经直肠超声图像引导的前列腺穿刺方法是通过以下步骤实现的，
步骤一、确定入刺点与目标点：
将超声探头透明罩51插入直肠中，超声探头夹持模块5通过直线动力组件a将夹持组件夹持的超声探头移动到超声探头透明罩51内，并通过旋转动力组件a将超声探头转动到合适的图像观察位置，为机械臂模块2和弧形远心模块3提供目标前列腺超声图像数据，经过数据处理确定入刺点与目标点，规划出穿刺路径；
步骤二、将远心点固定至入刺点：
当穿刺路径规划完成后，机械臂模块2在所述穿刺路径的引导下通过肩部回转电机和肘部回转电机的转动将远心点固定至所规划的入刺点；
步骤三、调整穿刺针45姿态：
当远心点与入刺点重合后，弧形远心模块3调整穿刺针45姿态使之对准穿刺目标点；
步骤四、完成穿刺针45穿刺：
穿刺针夹持模块4通过旋转动力组件42带动穿刺针45自转，并通过直线动力组件41带动穿刺针接口组件44及其夹持的穿刺针45移动进针，完成经直肠超声图像引导下的前列腺机器人自动穿刺。其它组成和连接关系与具体实施方式的一、二、三、四、五、六、七、八或九相同。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种经直肠超声图像引导的前列腺穿刺机器人，其特征在于：所述前列腺穿刺机器人包括基座(1)、机械臂模块(2)、弧形远心模块(3)、穿刺针夹持模块(4)和超声探头夹持模块(5)；机械臂模块(2)和超声探头夹持模块(5)均安装在基座(1)上，穿刺针夹持模块(4)为前列腺穿刺机器人的末端执行机构，穿刺针夹持模块(4)、弧形远心模块(3)和机械臂模块(2)由末端向首端顺次连接；超声探头夹持模块(5)包含一个自转关节和一个移动关节，所述超声探头夹持模块(5)用于实现超声探头的进给运动和旋转运动，满足超声探头在穿刺引导中的需求；弧形远心模块(3)包括俯仰弧形部件(31)、偏转弧形部件(32)和支撑架(33)，俯仰弧形部件(31)与偏转弧形部件(32)互相垂直，俯仰弧形部件(31)通过支撑架(33)与偏转弧形部件(32)连接，俯仰弧形部件(31)与偏转弧形部件(32)的圆心投影交汇处为弧形远心模块(3)的远心点；俯仰弧形部件(31)包含一个旋转关节，所述俯仰弧形部件(31)用于实现穿刺针夹持模块(4)的穿刺针(45)绕远心点的俯仰运动，偏转弧形部件(32)包含一个旋转关节，所述偏转弧形部件(32)用于实现穿刺针夹持模块(4)的穿刺针(45)绕远心点的偏转运动；机械臂模块(2)包含两个主动旋转关节和一个被动旋转关节，所述机械臂模块(2)用于支撑弧形远心模块(3)以实现远心点在空间中的定位；穿刺针夹持模块(4)包含一个移动关节和一个自转关节，所述穿刺针夹持模块(4)用于实现穿刺针(45)在自转的同时沿规划的穿刺路径平移进针穿刺。
2.根据权利要求1所述的一种经直肠超声图像引导的前列腺穿刺机器人，其特征在于：机械臂模块(2)包括机械臂模块基底、第一转轴(21)、第一机械臂(22)、第二转轴(23)、第二机械臂(24)、第三转轴(25)、机械臂连接件(26)、肩部回转电机和肘部回转电机；机械臂模块基底安装在基座(1)上，机械臂模块基底远离超声探头夹持模块(5)的一端侧部加工有缺口，第一机械臂(22)首端置于机械臂模块基底的缺口处，第一机械臂(22)首端固定连接有第一转轴(21)，所述第一转轴(21)端部与机械臂模块基底转动连接，肩部回转电机安装在机械臂模块基底内部，肩部回转电机的电机轴通过联轴器与第一转轴(21)固定连接；第二机械臂(24)首端固定连接有第二转轴(23)，所述第二转轴(23)端部与第一机械臂(22)末端转动连接，肘部回转电机安装在机械臂模块基底中，所述肘部回转电机通过齿轮传动将旋转传递至第二机械臂，机械臂连接件(26)轴端固定连接有第三转轴(25)，所述第三转轴(25)端部与第二机械臂(24)末端转动连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种经直肠超声图像引导的前列腺穿刺机器人，其特征在于：俯仰弧形部件(31)包括壳体b(311)、弧形轨道b(312)、滑块b(313)、绝对编码器b(314)、编码器磁条b(315)、齿轮组b(316)、电机安装架b(317)和电机b(318)；壳体b(311)为弧形空心箱体，壳体b(311)一侧端面与机械臂连接件(26)末端固定连接，壳体b(311)另一侧端面沿圆周方向加工有弧形通孔b，弧形轨道b(312)同轴设置在壳体b(311)内部；弧形轨道b(312)包括弧形齿条b(3121)、轨道本体b(3122)和导轨b(3123)；轨道本体b(3122)固定安装在壳体b(311)内壁上，弧形齿条b(3121)内圈分布有若干个齿，弧形齿条b(3121)固定安装在轨道本体b(3122)上，导轨b(3123)固定安装在轨道本体b(3122)侧壁上，且导轨b(3123)、轨道本体b(3122)和弧形齿条b(3121)均同轴设置，滑块b(313)一端加工有与导轨b(3123)匹配的滑槽，滑块b(313)一端穿过弧形通孔b并与导轨b(3123)可滑动连接，电机安装架b(317)为L型板状结构，滑块b(313)另一端固定安装在电机安装架b(317)的纵向安装板的外侧端面上，所述电机安装架b(317)的纵向安装板上加工有第一装配轴孔b，支撑架(33)与电机安装架b(317)的横向安装板垂直布置，且支撑架(33)首端固定安装在电机安装架b(317)的横向安装板的外侧端面上，所述电机安装架b(317)的横向安装板上加工与第二装配轴孔b，电机b(318)安装在支撑架(33)内部，齿轮组b(316)包括主动锥齿轮b(3161)、从动锥齿轮b(3162)、柱形圆柱齿轮b(3163)、从动齿轮轴b、第一轴承b和第二轴承b，第一轴承b嵌装在第二装配轴孔b内，电机b(318)的电机轴通过第一轴承b与电机安装架b(317)的横向安装板转动连接，主动锥齿轮3161安装在电机b(318)的电机轴端部，第一轴承b嵌装在第一装配轴孔b内，从动齿轮轴b通过第二轴承b与电机安装架b(317)的纵向安装板转动连接，柱形圆柱齿轮b(3163)安装在从动齿轮轴b靠近弧形轨道b(312)的一端，且所述柱形圆柱齿轮b(3163)与弧形齿条b(3121)相啮合，从动锥齿轮b(3162)安装在从动齿轮轴b远离弧形轨道b(312)的一端，且所述从动锥齿轮b(3162)与主动锥齿轮b(3161)相啮合，编码器磁条b(315)安装在弧形轨道b(312)的外圆周上，绝对编码器b(314)安装在电机安装架b(317)上，编码器磁条b(315)与绝对编码器b(314)相对设置。
4.根据权利要求3所述的一种经直肠超声图像引导的前列腺穿刺机器人，其特征在于：偏转弧形部件(32)包括壳体a(321)、弧形轨道a(322)、滑块a(323)、绝对编码器a(324)、编码器磁条a(325)、齿轮组a(326)、电机安装架a(327)、电机a(328)和齿轮连接架a(329)；壳体a(321)为弧形空心箱体，壳体a(321)端部加工有矩形通孔，一侧端面沿圆周方向加工有弧形通孔a，弧形轨道a(322)同轴设置在壳体a(321)内部；弧形轨道a(322)包括弧形齿条a(3221)、轨道本体a(3222)和导轨a(3223)；轨道本体a(3222)固定安装在壳体a(321)内壁上，弧形齿条a(3221)外圈上分布有若干个齿，弧形齿条a(3221)固定安装在轨道本体a(3222)上，导轨a(3223)固定安装在轨道本体a(3222)侧壁上，且导轨a(3223)、轨道本体a(3222)和弧形齿条a(3221)均同轴设置，轨道本体a(3222)与支撑架(33)垂直布置，且轨道本体a(3222)一端穿过壳体a(321)端部的矩形通孔并与支撑架(33)末端固定连接，滑块a(323)一端加工有与导轨a(3223)匹配的滑槽，滑块a(323)一端穿过弧形通孔a并与导轨a(3223)可滑动连接，滑块a(323)另一端与穿刺针夹持模块(4)固定连接，电机安装架a(327)与穿刺针夹持模块(4)垂直布置，且电机安装架a(327)底端与穿刺针夹持模块(4)固定连接，电机安装架a(327)上加工有第一装配轴孔a，电机a(328)垂直安装在电机安装架a(327)上，齿轮组a(326)包块主动锥齿轮(3261)、从动锥齿轮(3262)、柱形圆柱齿轮(3263)、从动齿轮轴a、第一轴承a和第二轴承a，第一轴承a嵌装在电机安装架a(327)的第一装配轴孔a内，电机a(328)的电机轴通过第一轴承a与电机安装架a(327)转动连接，齿轮连接架a(329)与电机安装架a(327)垂直布置，齿轮连接架a(329)一端与电机安装架a(327)固定连接，齿轮连接架a(329)另一端加工有第二装配轴孔a，第二轴承a嵌装在第二装配轴孔a内，从动齿轮轴a一端通过第二轴承a与齿轮连接架a(329)转动连接，从动齿轮轴a另一端由外向内依次安装有柱形圆柱齿轮(3263)和从动锥齿轮(3262)，所述从动锥齿轮(3262)与主动锥齿轮(3261)相啮合，柱形圆柱齿轮(3263)与弧形齿条a(3221)相啮合，编码器磁条a(325)固定安装在弧形轨道a(322)的外圆周上，绝对编码器a(324)固定安装在电机安装架a(327)上，编码器磁条a(325)与绝对编码器a(324)。
5.根据权利要求4所述的一种经直肠超声图像引导的前列腺穿刺机器人，其特征在于：弧形远心模块(3)还包括线束框(34)，线束框(34)上加工有线束孔，所述线束框(34)固定安装在电机安装架a(327)上。
6.根据权利要求5所述的一种经直肠超声图像引导的前列腺穿刺机器人，其特征在于：支撑架(33)包括壳体c(331)和框形架(332)，框形架(332)首端与俯仰弧形部件(31)的电机安装架b(317)固定连接，框形架(332)末端与偏转弧形部件(32)的弧形轨道a(322)固定连接，壳体c(331)套设在框形架(332)上，且壳体c(331)与框形架(332)固定连接。
7.根据权利要求1、2、4、5或6所述的一种经直肠超声图像引导的前列腺穿刺机器人，其特征在于：穿刺针夹持模块(4)包括直线动力组件(41)、旋转动力组件(42)、隔离组件(43)、穿刺针接口组件(44)和穿刺针(45)；
直线动力组件(41)包括滚珠丝杠组件(411)、第一电机组件(412)、戳卡夹持器(413)、传动连接件(414)、导轨组件(415)、支撑底壳(416)和戳卡(417)，支撑底壳(416)上端面沿长度方向由后至前依次安装有滚珠丝杠组件(411)和第一电机组件(412)，第一电机组件(412)的电机轴通过联轴器与滚珠丝杠组件(411)的丝杠端部连接，支撑底壳(416)下端面后侧沿长度方向设置有导轨组件(415)，导轨组件(415)中的导轨与支撑底壳(416)固定连接，导轨组件(415)中的导轨上可滑动安装有滑块，所述滑块与旋转动力组件(42)固定连接；传动连接件(414)中部加工有用于走线的空槽，导轨组件(415)侧部的支撑底壳(416)下端面加工有一个与导轨组件(415)平行布置的底壳矩形通孔，传动连接件(414)顶端与滚珠丝杠组件(411)的丝母连接，传动连接件(414)底端穿过底壳矩形通孔与旋转动力组件(42)连接；支撑底壳(416)下端面前侧安装有戳卡夹持器(413)，戳卡(417)与戳卡夹持器(413)的底端可拆卸连接，戳卡(417)的末端点位于俯仰弧形部件(31)与偏转弧形部件(32)的圆心投影交汇处，即戳卡(417)的末端点为弧形远心模块(3)的远心点，当机械臂模块(2)固定后，穿刺针(45)的偏转与俯仰运动均绕此远心点进行；
旋转动力组件(42)、隔离组件(43)和穿刺针接口组件(44)由后至前依次连接，旋转动力组件(42)顶端分别与传动连接件(414)底端以及导轨组件(415)中的滑块底端固定连接；
旋转动力组件(42)包括第一外壳(421)、第二电机组件(422)、支撑座(423)和传动过渡件(424)，第一外壳(421)内部沿长度方向由后至前依次设置有第二电机组件(422)和支撑座(423)，所述支撑座(423)固定安装在第一外壳(421)内壁上，支撑座(423)中心加工有过渡通孔，第二电机组件(422)的电机壳前端与支撑座(423)末端固定连接，传动过渡件(424)嵌装在支撑座(423)首端的过渡通孔内，且传动过渡件(424)与支撑座(423)可转动连接，第二电机组件(422)的电机轴依次穿过支撑座(423)和传动过渡件(424)，且传动过渡件(424)上设有顶丝孔，第二电机组件(422)的电机轴通过顶丝与传动过渡件(424)固定连接；
隔离组件(43)包括卡扣板(431)、传动件(432)、无菌罩连接板(433)和隔离挡板(434)，卡扣板(431)、无菌罩连接板(433)和隔离挡板(434)由后至前依次同轴连接，卡扣板(431)末端两侧设有两个相对的末端卡扣，第一外壳(421)首端两侧加工有用于与两个末端卡扣匹配的卡槽，卡扣板(431)末端通过两侧末端卡扣与第一外壳(421)首端可拆卸连接，卡扣板(431)首端两侧设有两个相对的首端卡扣，穿刺针接口组件(44)两侧加工有用于与两个首端卡扣匹配的卡槽，卡扣板(431)首端通过两侧首端卡扣与穿刺针接口组件(44)可拆卸连接，传动件(432)末端与传动过渡件(424)配合连接，传动件(432)首端由后至前依次穿过卡扣板(431)、无菌罩连接板(433)和隔离挡板(434)中心的传动装配通孔；
穿刺针接口组件(44)包括传动轴系(441)、支撑板(442)、齿轮组(443)、卡扣按钮(444)、锁紧螺母(445)、第二外壳(446)、端盖(447)和针套(448)，支撑板(442)通过螺丝与第二外壳(446)固定连接，支撑板(442)靠近第二外壳(446)的一侧端面设有两个相对的卡扣按钮(444)，所述卡扣按钮(444)上加工有与卡扣板(431)的首端卡扣匹配的卡扣定位槽，第二外壳(446)左右两侧分别加工有用于与两个卡扣按钮(444)匹配的按钮装配缺口，支撑板(442)左右两侧分别加工有用于与卡扣板(431)的首端卡扣匹配的卡扣过渡凹槽，所述卡扣过渡凹槽与按钮装配缺口一一对应，卡扣板(431)的两个首端卡扣依次穿过卡扣过渡凹槽和按钮装配缺口并与卡扣按钮(444)的卡扣定位槽配合连接，第二外壳(446)内部设有容纳腔，支撑板(442)上分别加工有第一上轴孔和第一下轴孔，端盖(447)上分别加工有与第一上轴孔相对应的第二上轴孔和与第一下轴孔相对应的第二下轴孔，第一上轴孔、第二上轴孔、第一下轴孔和第二下轴孔内均嵌装有轴承，传动轴系(441)包括传动轴(4411)和空心轴(4412)，齿轮组(443)包括主动圆柱齿轮和从动圆柱齿轮，传动轴(4411)一端穿过支撑板(442)的第一上轴孔并通过轴承与支撑板(442)转动连接，传动轴(4411)另一端穿过端盖(447)的第二上轴孔并通过轴承与端盖(447)转动连接，传动轴(4411)中部安装有主动圆柱齿轮，空心轴(4412)一端穿过支撑板(442)的第一下轴孔并通过轴承与支撑板(442)转动连接，空心轴(4412)另一端穿过端盖(447)的第二下轴孔并通过轴承与端盖(447)转动连接，空心轴(4412)上安装有从动圆柱齿轮，所述从动圆柱齿轮与主动圆柱齿轮相啮合，穿刺针(45)根部由前至后依次穿过第二外壳(446)、端盖(447)、空心轴(4412)、支撑板(442)并与针套(448)固定连接，空心轴(4412)伸出第二外壳(446)部分加工有外螺纹，穿刺针(45)穿过针套(448)，针套(448)穿过空心轴(4412)，针套(448)末端设有与空心轴(4412)末端相配合的斜面，锁紧螺母(445)与空心轴(4412)末端外螺纹旋紧连接，从而夹紧针套(448)末端的斜面，从而夹紧穿刺针(45)，穿刺针(45)尖端插设在戳卡(417)的针孔内。
8.根据权利要求7所述的一种经直肠超声图像引导的前列腺穿刺机器人，其特征在于：超声探头夹持模块(5)包括超声探头夹持模块基底、直线动力组件a、旋转动力组件a、夹持组件和超声探头，超声探头夹持模块基底安装在基座(1)的顶端，直线动力组件a安装在超声探头夹持模块基底上，超声探头安装在夹持组件上，夹持组件与旋转动力组件a的输出端连接，旋转动力组件a用于实现超声探头的旋转运动，旋转动力组件a与直线动力组件a的输出端连接，直线动力组件a用于实现超声探头的进给运动。
9.根据权利要求8所述的一种经直肠超声图像引导的前列腺穿刺机器人，其特征在于：超声探头夹持模块(5)还包括超声探头透明罩(51)和透明罩座(52)，超声探头透明罩(51)套设在超声探头上，超声探头透明罩(51)通过透明罩座(52)与直线动力组件a固定连接。
10.根据权利要求4或8所述的一种经直肠超声图像引导的前列腺穿刺机器人，其特征在于：轨道本体a(3222)包括轨道基座(32221)，轨道基座(32221)的一侧端面加工有用于为弧形齿条a(3221)的装配提供限位的凸起部分(32222)，轨道基座(32221)的另一侧端面加工有用于为导轨a(3223)的装配提供限位的凹槽部分(32223)，凸起部分(32222)的另一侧还加工有可以避免与弧形齿条a(3221)啮合的执行齿轮a(3263)与轨道本体a(3222)发生摩擦的台阶部分(32224)，轨道基座(32221)的一端加工有用于与框形架(332)连接的连接部分(32225)，凹槽部分(32223)的另一侧还加工有用于粘贴编码器磁条a(325)的轨道侧板(32226)，凹槽部分(32223)的两端加工有用于装配导轨限位件防止滑块a(323)超出导轨a(3223)行程的深槽部分(32227)。
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