一种柔性单孔微创手术机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种柔性单孔微创手术机器人。该机器人系统包括：多个(编号1至20)柔性单元体、21柔性单元体底座、22顶盘、23导轨、24‑1轴承座、25镍钛合金丝、26螺栓、27‑1丝杆、28‑1丝杆法兰螺母、29‑1法兰螺母座、30螺栓、31‑1轴承座、32、半球壳、33‑1电机、34‑1轴承座支撑架、35‑1联轴器、36底座、多个(编号37至55)弹簧组(每组3个)；本发明专利技术机器人关节单元包含的两个旋转轴之间的夹角具有可调功能。本发明专利技术的机器人关节灵活性好，柔性部分硬度高，运动灵活多变。

A Flexible Single-hole Minimally Invasive Surgical Robot

The invention discloses a flexible single-hole minimally invasive surgical robot. The robot system includes: multiple (numbered 1 to 20) flexible units, 21 flexible unit base, 22 top plates, 23 guideways, 24 1 bearing base, 25 Ni-Ti alloy wire, 26 bolts, 27 1 screw rod, 28 1 screw flange nut, 29 1 flange nut seat, 30 bolts, 31 1 bearing base, 32, hemispherical shell, 33 1 motor, 34 1 bearing base support frame, 35 1 coupling, base, multi-screw flange nut. There are three spring groups (numbered 37 to 55), and the angle between the two rotating axes contained in the joint unit of the robot can be adjusted. The robot joint of the invention has good flexibility, high hardness of the flexible part and flexible movement.

【技术实现步骤摘要】
一种柔性单孔微创手术机器人
本专利技术涉及一种柔性单孔微创手术机器人，属于机器人
，具体为机器人结构设计。
技术介绍
当前，多关节柔性机器人的运动模式分为两类，二维平面式和三维空间式。二维平面式多关节柔性机器人的弯曲所采用的原理主要为：外形平面曲线是由多个子模块之间的相对转动实现。二维平面式多关节柔性机器人的主要问题是：该类机器人只能在一个特定的平面内运动，应用场合有限。三维空间式多关节柔性机器人的弯曲所采用的原理主要为：前后顺次连接的转动关节旋转轴正交，即前后相邻两个旋转轴互相垂直，且该结构固定。这种机器人结构形式的问题之一在于，当机器人在平面内运动时，前后顺次连接的两个转动轴只有一个可以旋转，降低了机动能力。同时，为了保证机器人的灵活度，柔性部分硬度较低，如施加一定的力会导致柔性部分的变形从而降低运动精度。核心参考文献：作者＝{A.Transeth,R.Leine,C.Glocker,andK.Pettersen},论文题目＝{3-Dsnakerobotmotion:Nonsmoothmodeling,simulations,andexperiments},期刊名称＝{IEEETransactionsonRobotics},年份＝{2008},卷＝{2},页码＝{361–376},期＝{24}。
技术实现思路
本专利技术提出一种柔性单孔微创手术机器人，具有该结构特征的机器人前后两个单元之间的旋转轴位于两个不同平面内，且两个旋转轴所在空间直线间夹角可以在一定角度内任意调整，通过拉动连接在单元体之间的镍钛合金丝来实现该单元化多关节柔性机器人的运动。一种柔性单孔微创手术机器人，包括多个柔性单元体、镍钛合金丝、弹簧、柔性单元体底座、半球壳、顶盘、导轨、轴承座、丝杆、丝杆法兰螺母、法兰螺母座、轴承座支撑架、联轴器、底座、电机。一种柔性单孔微创手术机器人由多个前后依次相连的柔性单元体，以及柔性单元体底座和弹簧、镍钛合金丝构成。任意两个依次相连的柔性单元体中，靠近底座的柔性单元体的顶部圆球面与前一个柔性单元体的底部凹陷面相契合，两个柔性单元体之间放置六个弹簧，镍钛合金丝通过柔性单元体底部的六个小孔穿过六个弹簧的中心，将弹簧卡在两个柔性单元体中间，镍钛合金丝与动力部分直接相连。柔性单元体底座头部内含一个圆球面，与一个柔性单元体的凹陷面相配合，镍钛合金丝通过此柔性单元体的六个小孔从底座内部伸出与动力部分相连，底座与半球壳固定连接，半球壳与动力部分顶盘固定连接，半球壳上有六道对称分布的圆弧凹陷，用于束缚镍钛合金丝的运动轨迹。动力部分的电机出轴通过联轴器与丝杆连接，电机出轴与丝杆转动始终保持一致，电机与底座固定连接，丝杆两端装有两个轴承座，上部轴承座与顶盘固定连接，下部轴承座与轴承座支撑架固定连接，轴承座支撑架与底座固定连接。丝杆上装有法兰螺母，法兰螺母与螺母座固定连接，镍钛合金丝系于螺母的一个空中。丝杆一侧装有一条导轨，用于限制螺母的旋转，减少螺母运动时的自由度，导轨与顶盘固定连接，导轨与底座固定连接。本专利技术的优点在于：(1)相邻两个柔性单元体旋转轴之间的夹角可在一定角度内任意调节；(2)可以通过增加或减少柔性单元体的数量来实现该类多关节柔性机器人长度的调节；(3)柔性部分硬度较高，保证灵活性的同时可施加更大的力。(4)使用丝杆控制，精度更高，柔性部分操作过程中可以进行细微的方向调节。附图说明图1是本专利技术的柔性多关节机器人的总体结构示意图；图2是本专利技术的柔性多关节机器人的部分结构示意图；图3是本专利技术的柔性多关节机器人的柔性部分总体结构示意图；图4是本专利技术的柔性多关节机器人的柔性部分局部结构示意图；图5是本专利技术的柔性多关节机器人的柔性部分局部结构示意图；其中：1柔性单元体、2柔性单元体、3柔性单元体、4柔性单元体、5柔性单元体、6柔性单元体、7柔性单元体、8柔性单元体、9柔性单元体、10柔性单元体、11柔性单元体、12柔性单元体、13柔性单元体、14柔性单元体、15柔性单元体、16柔性单元体、17柔性单元体、18柔性单元体、19柔性单元体、20柔性单元体、21柔性单元体底座、22顶盘、23导轨、24-1轴承座、25镍钛合金丝、26螺栓、27-1丝杆、28-1丝杆法兰螺母、29-1法兰螺母座、30螺栓、31-1轴承座、32、半球壳、33-1电机、34-1轴承座支撑架、35-1联轴器、36底座、37弹簧组(每组3个)、38弹簧组(每组3个)、39弹簧组(每组3个)、40弹簧组(每组3个)、41弹簧组(每组3个)、42弹簧组(每组3个)、43弹簧组(每组3个)、44弹簧组(每组3个)、45弹簧组(每组3个)、46弹簧组(每组6个)、47弹簧组(每组6个)、48弹簧组(每组6个)、49弹簧组(每组6个)、50弹簧组(每组6个)、51弹簧组(每组6个)、52弹簧组(每组6个)、53弹簧组(每组6个)、54弹簧组(每组6个)、55弹簧组(每组6个)。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术是一种柔性单孔微创手术机器人，如图1所示，包括1柔性单元体、2柔性单元体、3柔性单元体、4柔性单元体、5柔性单元体、6柔性单元体、7柔性单元体、8柔性单元体、9柔性单元体、10柔性单元体、11柔性单元体、12柔性单元体、13柔性单元体、14柔性单元体、15柔性单元体、16柔性单元体、17柔性单元体、18柔性单元体、19柔性单元体、20柔性单元体、21柔性单元体底座、22顶盘、23导轨、24-1轴承座、25镍钛合金丝、26螺栓、27-1丝杆、28-1丝杆法兰螺母、29-1法兰螺母座、30螺栓、31-1轴承座、32、半球壳、33-1电机、34-1轴承座支撑架、35-1联轴器、36底座、37弹簧组(每组3个)、38弹簧组(每组3个)、39弹簧组(每组3个)、40弹簧组(每组3个)、41弹簧组(每组3个)、42弹簧组(每组3个)、43弹簧组(每组3个)、44弹簧组(每组3个)、45弹簧组(每组3个)、46弹簧组(每组6个)、47弹簧组(每组6个)、48弹簧组(每组6个)、49弹簧组(每组6个)、50弹簧组(每组6个)、51弹簧组(每组6个)、52弹簧组(每组6个)、53弹簧组(每组6个)、54弹簧组(每组6个)、55弹簧组(每组6个)。一种柔性单孔微创手术机器人柔性部分由多个前后依次相连的柔性单元体1-20，以及镍钛合金丝25-1、25-2、25-3、25-4、25-5、25-6、弹簧、柔性单元体底座21和半球壳32构成。任意两个依次相连的柔性单元体中，靠近柔性单元体底座21的柔性单元体的顶部圆球面与靠近首端的柔性单元体的底部凹陷面相契合，1-10相邻两个柔性单元体之间分别放置三个弹簧，镍钛合金丝25-1、25-2、25-4通过柔性单元体底部的三个小孔穿过三个弹簧的中心，将弹簧压在两个柔性单元体中间，10-20相邻两个柔性单元体之间分别放置六个弹簧，镍钛合金丝25-1、25-2、25-3、25-4、25-5、25-6通过柔性单元体底部的六个小孔穿过六个弹簧的中心，将弹簧压在两个柔性单元体中间，镍钛合金丝25-1、25-2、25-3、25-4、25-5、25-6与动力部分直接相连。柔性单元体底座21头部内含一个圆球面，可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性单孔微创手术机器人，其特征在于，包括1柔性单元体、2柔性单元体、3柔性单元体、4柔性单元体、5柔性单元体、6柔性单元体、7柔性单元体、8柔性单元体、9柔性单元体、10柔性单元体、11柔性单元体、12柔性单元体、13柔性单元体、14柔性单元体、15柔性单元体、16柔性单元体、17柔性单元体、18柔性单元体、19柔性单元体、20柔性单元体、21柔性单元体底座、22顶盘、23导轨、24‑1轴承座、25镍钛合金丝、26螺栓、27‑1丝杆、28‑1丝杆法兰螺母、29‑1法兰螺母座、30螺栓、31‑1轴承座、32、半球壳、33‑1电机、34‑1轴承座支撑架、35‑1联轴器、36底座、37弹簧组(每组3个)、38弹簧组(每组3个)、39弹簧组(每组3个)、40弹簧组(每组3个)、41弹簧组(每组3个)、42弹簧组(每组3个)、43弹簧组(每组3个)、44弹簧组(每组3个)、45弹簧组(每组3个)、46弹簧组(每组6个)、47弹簧组(每组6个)、48弹簧组(每组6个)、49弹簧组(每组6个)、50弹簧组(每组6个)、51弹簧组(每组6个)、52弹簧组(每组6个)、53弹簧组(每组6个)、54弹簧组(每组6个)、55弹簧组(每组6个)。一种柔性单孔微创手术机器人柔性部分由多个前后依次相连的柔性单元体1‑20，以及镍钛合金丝25‑1、25‑2、25‑3、25‑4、25‑5、25‑6、弹簧、柔性单元体底座21和半球壳32构成。任意两个依次相连的柔性单元体中，靠近柔性单元体底座21的柔性单元体的顶部圆球面与靠近首端的柔性单元体的底部凹陷面相契合，1‑10相邻两个柔性单元体之间分别放置三个弹簧，镍钛合金丝25‑1、25‑2、25‑4通过柔性单元体底部的三个小孔穿过三个弹簧的中心，将弹簧压在两个柔性单元体中间，10‑20相邻两个柔性单元体之间分别放置六个弹簧，镍钛合金丝25‑1、25‑2、25‑3、25‑4、25‑5、25‑6通过柔性单元体底部的六个小孔穿过六个弹簧的中心，将弹簧压在两个柔性单元体中间，镍钛合金丝25‑1、25‑2、25‑3、25‑4、25‑5、25‑6与动力部分直接相连。柔性单元体底座21头部内含一个圆球面，可以与柔性单元体的凹陷面相配合，镍钛合金丝25‑1、25‑2、25‑3、25‑4、25‑5、25‑66通过此柔性单元体的六个小孔从柔性单元体底座21内部伸出与动力部分相连，柔性单元体底座21与半球壳32通过螺栓固定连接，半球壳32与动力部分顶盘22通过螺栓固定连接，半球壳32上有六道对称分布的圆弧凹陷，用于束缚镍钛合金丝25‑1、25‑2、25‑3、25‑4、25‑5、25‑6的运动轨迹。动力部分的电机33‑1出轴通过联轴器35‑1与丝杆27‑1连接，电机33‑1出轴与丝杆27‑1转动始终保持一致，电机33‑1与底座36通过螺丝固定连接，丝杆27‑1两端各装有轴承，上部轴承座24‑1与顶盘22通过螺栓固定连接，下部轴承座31‑1与轴承座支撑架34‑1通过螺栓固定连接，轴承座支撑架34‑1与底座36通过螺丝固定连接。丝杆27‑1上装有丝杆法兰螺母28‑1，丝杆法兰螺母28‑1与法兰螺母座29‑1通过螺丝固定连接，镍钛合金丝25‑1穿过丝杆法兰螺母28‑1的孔，并且再次穿过法兰螺母座29‑1的孔，通过两个螺栓顶住镍钛合金丝使其固定。丝杆27‑1一侧装有一条导轨23‑1，用于限制丝杆法兰螺母28‑1的旋转，减少丝杆法兰螺母28‑1运动时的自由度，导轨23‑1与顶盘22通过螺栓固定连接，导轨23‑1与底座36通过螺丝固定连接。电机33‑1通过螺丝与底座36固定连接。机器人可以通过控制电机33‑1的转动，可以使机器人柔性部分在空间内任一方向弯曲运动。...

【技术特征摘要】
1.一种柔性单孔微创手术机器人，其特征在于，包括1柔性单元体、2柔性单元体、3柔性单元体、4柔性单元体、5柔性单元体、6柔性单元体、7柔性单元体、8柔性单元体、9柔性单元体、10柔性单元体、11柔性单元体、12柔性单元体、13柔性单元体、14柔性单元体、15柔性单元体、16柔性单元体、17柔性单元体、18柔性单元体、19柔性单元体、20柔性单元体、21柔性单元体底座、22顶盘、23导轨、24-1轴承座、25镍钛合金丝、26螺栓、27-1丝杆、28-1丝杆法兰螺母、29-1法兰螺母座、30螺栓、31-1轴承座、32、半球壳、33-1电机、34-1轴承座支撑架、35-1联轴器、36底座、37弹簧组(每组3个)、38弹簧组(每组3个)、39弹簧组(每组3个)、40弹簧组(每组3个)、41弹簧组(每组3个)、42弹簧组(每组3个)、43弹簧组(每组3个)、44弹簧组(每组3个)、45弹簧组(每组3个)、46弹簧组(每组6个)、47弹簧组(每组6个)、48弹簧组(每组6个)、49弹簧组(每组6个)、50弹簧组(每组6个)、51弹簧组(每组6个)、52弹簧组(每组6个)、53弹簧组(每组6个)、54弹簧组(每组6个)、55弹簧组(每组6个)。一种柔性单孔微创手术机器人柔性部分由多个前后依次相连的柔性单元体1-20，以及镍钛合金丝25-1、25-2、25-3、25-4、25-5、25-6、弹簧、柔性单元体底座21和半球壳32构成。任意两个依次相连的柔性单元体中，靠近柔性单元体底座21的柔性单元体的顶部圆球面与靠近首端的柔性单元体的底部凹陷面相契合，1-10相邻两个柔性单元体之间分别放置三个弹簧，镍钛合金丝25-1、25-2、25-4通过柔性单元体底部的三个小孔穿过三个弹簧的中心，将弹簧压在两个柔性单元体中间，10-20相邻两个柔性单元体之间分别放置六个弹簧，镍钛合金丝25-1、25-2、25-3、25-4、25-5、25-6通过柔性单元体底部的六个小孔穿过六个弹簧的中心，将弹簧压在两个柔性单元体中间，镍钛合金丝25-1、25-2、25-3、25-4、25-5、25-6与动力部分直接相连。柔性单元体底座21头部内含一个圆球面，可以与柔性单元体的凹陷面相配合，镍钛合金丝25-1、25-2、25-3、25-4、25-5、25-66通过此柔性单元体的六个小孔从柔性单元体底座21内部伸出与动力部分相连，柔性单元体底座21与半球壳32通过螺栓固定连接，半球壳32与动力部分顶盘22通过螺栓固定连接，半球壳32上有六道对称分布的圆弧凹陷，用于束缚镍钛合金丝25-1、25-2、25-3、25-4、25-5、25-6的运动轨迹。动力部分的电机33-1出轴通过联轴器35-1与丝杆27-1连接，电机33-1出轴与丝杆27-1转动始终保持一致，电机33-1与底座36通过螺丝固定连接，丝杆27-1两端各装有轴承，上部轴承座24-1与顶盘22通过螺栓固定连接，下部轴承座31-1与轴承座支撑架34-1通过螺栓固定连接，轴承座支撑架34-1与底座36通过螺丝固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏柏泉，闫响达，李鑫雄，裴建华，闫昊，汤劼，腾轶超，刘文勇，匡绍龙，安超，宗晔，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11