连续体机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种医疗器械，特别是涉及一种微创手术用连续体机器人。本发明专利技术的目的是提供一种相比同心管和线驱动连续体机器人具有更强的变形能力、更高的定位和追踪精度的连续体机器人，具体包括至少一个连续体基本单元据执行器连接单元，每个所述连续体基本单元包括两个单元节段及中间盘，每个连续体基本单元的两个单元节段相对旋转90

【技术实现步骤摘要】
连续体机器人


[0001]本专利技术涉及一种医疗器械，特别是涉及一种微创手术用连续体机器人。

技术介绍

[0002]微创手术是指利用腹腔镜、胸腔镜及内窥镜等现代医疗器械及相关设备进行的产生微小创伤的手术。相较于传统手术，微创手术具有创伤小、疼痛轻、恢复快的优点。随着医疗相关领域技术的迅猛发展，手术微创化成为外科临床手术中的重要发展阶段，手术机器人越来越多地应用于人体腔道和脏器的微创手术中。传统的手术机器人多为刚性结构，体型较大且不能跟踪非线性病灶位置，在与身体腔脏器官、血管、敏感组织接触时，容易造成损伤。与传统刚性手术器械和手术机器人相比较，柔性手术机器人因其具有体型紧凑、灵活柔顺且能主动控制等特性，越来越多地应用于微创手术中。同心管机器人和线驱动机器人是柔性手术机器人中的典型代表。同心管机器人一般由一组预弯曲的高弹性同心管相互嵌套而成，每一个同心管都具有平移和旋转两个自由度。相互嵌套在一起的同心管，因为平移和旋转量的不同，可以形成不同的恒曲率曲线段；线驱动机器人一般是由多个微小的中空关节顺序连接而成，每个关节四周打孔穿线，通过线绳的拉力可以在前一个关节末端有规律地运动，多个关节的运动组合形成固定的曲线形状。因此，同心管机器人和线驱动可以完成器官中三维曲线的跟踪任务，并且具有主动控制和一定的变形能力，同心管机器人和线驱动机器人已经被提出可以应用于神经外科手术、泌尿手术和心内手术。
[0003]但是，同心管机器人需要由多个预弯曲的同心管相互嵌套而成，而同心管的预弯曲曲率会因时间和使用发生变化，且同心管的旋转自由度存在不稳定性的缺陷。线驱动机器人则存在的形状变化单一，曲线适应性差，尺寸相对较大的缺陷。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种相比同心管和线驱动连续体机器人具有更强的变形能力、更高的定位和追踪精度的连续体机器人。
[0005]为了解决上述技术问题，本申请提供了如下技术方案：
[0006]本专利技术连续体机器人，包括至少一个连续体基本单元据执行器连接单元，每个所述连续体基本单元包括两个单元节段及中间盘，每个连续体基本单元的两个单元节段相对旋转90
°
安装，每个所述单元节段包括静平台、动平台，每个所述单元节段的所述静平台、所述动平台之间通过柔性铰链相连接，每个所述单元节段的所述静平台、所述动平台相互平行，每个所述单元节段的所述静平台、所述动平台之间适于相对转动，一个所述单元节段的所述动平台和相邻单元节段的所述静平台分别连接于所述中间盘的两侧，一个所述单元节段的所述动平台和相邻单元节段的所述静平台之间适于相对转动，所述执行器连接单元用于安装微创手术用末端执行器，所述执行器连接单元与最末端的所述连续体基本单元的所述动平台相连接。
[0007]本专利技术连续体机器人，其中所述中间盘包括外环、内环、止推环、定位柱，所述定位
柱设置于所述外环的朝向所述动平台的一侧面上，所述定位柱设置有至少两个，所述静平台包括静平台基盘、所述静平台基盘的中心开设有安装孔，所述安装孔与所述内环过盈配合使所述静平台与所述中间盘相连接，所述动平台包括动平台基盘、辅助定位环，所述辅助定位环连接于所述动平台基盘一侧面的中心处，所述动平台基盘的中心处开设有通孔，所述辅助定位环位于所述通孔的外围，所述动平台基盘上靠近边缘处开设有至少两个定位孔，各所述定位柱分别穿过一个各所述定位孔使所述动平台与所述中间盘的所述外环相连接。
[0008]本专利技术连续体机器人，其中所述柔性铰链包括一对外转动体、一对第一电磁铁、一对内转动体、一对第二电磁铁，所述一对外转动体、所述一对第一电磁铁连接于所述静平台上，一对所述内转动体、一对所述第二电磁铁连接于所述动平台上，所述一对第一电磁铁设置于所述静平台基盘的背离所述中间盘的一侧面上，所述一对第一电磁铁在所述静平台基盘上相对所述安装孔对称分布，所述一对外转动体连接于所述静平台基盘上，所述一对外转动体与所述第一电磁铁位于所述静平台基盘的同一侧，所述一对外转动体在所述静平台基盘上相对所述安装孔对称分布，所述一对外转动体的中心的连线与所述一对第一电磁铁的中心的连线相垂直，所述一对第二电磁铁设置于所述动平台基盘的背离所述中间盘的一侧面上，所述一对第二电磁铁在所述动平台基盘上相对所述通孔对称分布，所述一对内转动体连接于所述动平台基盘上，所述一对内转动体与所述电磁铁位于所述动平台基盘的同一侧，所述一对内转动体在所述动平台基盘上相对所述通孔对称分布，所述一对内转动体的中心的连线与所述一对第二电磁铁的中心的连线相垂直，所述动平台基盘上靠近所述一对内转动体的位置处开设有外转动体通过槽，所述静平台基盘上靠近所述一对外转动体的位置处开设有内转动体通过槽。
[0009]本专利技术连续体机器人，其中所述柔性铰链还包括第一交叉簧片组、第二交叉簧片组，所述第一交叉簧片组、所述第二交叉簧片组均包括两个交叉簧片，同组的两个所述交叉簧片之间均无连接，所述第一交叉簧片组、所述第二交叉簧片组的所述交叉簧片的交叉角均为90度，所述一对内转动体包括第一内转动件、第二内转动件，所述一对外转动体包括第一外转动件、第二外转动件，所述第一内转动件、所述第二内转动件、所述第一外转动件、第二外转动件均为圆环状中空刚性结构，所述第一外转动件与所述第一内转动件之间留有间隙，所述第二外转动件与所述第二内转动件之间留有间隙，所述第一外转动件、所述第二外转动件顶部置于所述外转动体通过槽内，所述第一外转动件顶部、所述第二外转动件顶部与所述动平台基盘之间留有间隙，所述第一内转动件的底部、所述第二内转动件的底部置于所述内转动件通过槽内，所述第一内转动件的底部、所述第二内转动件的底部与所述静平台基盘之间留有间隙，所述第一内转动件、所述第二内转动件位于所述第一外转动件、所述第二外转动件的里侧，所述第一交叉簧片组、所述第二交叉簧片组按交叉线共线的方式设置，所述第二交叉簧片组的簧片排列方式与所述第一交叉簧片组的簧片排列方式沿所述交叉线对称，所述第一交叉簧片组中的两个交叉簧片的两端均分别连接所述第一外转动件、所述第一内转动件，所述第二交叉簧片组中的两个交叉簧片的两端均分别连接所述第二外转动件、所述第二内转动件。
[0010]本专利技术连续体机器人，其中所述动平台还包括拉线柱、安装槽、滑动槽，所述安装槽、所述滑动槽均开设于所述辅助定位环上，所述安装槽、所述滑动槽相互连通，所述安装
槽沿所述辅助定位环的轴向设置，所述滑动槽沿所述辅助定位环的周向设置，所述拉线柱设置于所述辅助定位环内壁，所述中间盘还包括滑动销，所述滑动销适于在所述安装槽、所述滑动槽内滑动，所述滑动销上连接有驱动线，所述驱动线穿过所述拉线柱，所述驱动线由驱动装置带动，所述驱动装置带动所述驱动线运动时，所述滑动销在所述滑动槽内滑动，带动所述内环相对于所述辅助定位环转动，使所述静平台相对于所述动平台转动。
[0011]本专利技术连续体机器人，其中所述动平台还包括至少一组转动限位柱组、所述转动限位柱组设置于所述动平台的朝向所述中间盘的一侧面上，每组所述转动限位柱组包括两个转动限位柱，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续体机器人，其特征在于，包括至少一个连续体基本单元据执行器连接单元，每个所述连续体基本单元包括两个单元节段及中间盘(2)，每个连续体基本单元的两个单元节段相对旋转90
°
安装，每个所述单元节段包括静平台(1)、动平台(3)，每个所述单元节段的所述静平台(1)、所述动平台(3)之间通过柔性铰链相连接，每个所述单元节段的所述静平台(1)、所述动平台(3)相互平行，每个所述单元节段的所述静平台(1)、所述动平台(3)之间适于相对转动，一个所述单元节段的所述动平台(3)和相邻单元节段的所述静平台(1)分别连接于所述中间盘(2)的两侧，一个所述单元节段的所述动平台(3)和相邻单元节段的所述静平台(1)之间适于相对转动，所述执行器连接单元用于安装微创手术用末端执行器，所述执行器连接单元与最末端的所述连续体基本单元的所述动平台(3)相连接。2.根据权利要求1所述的连续体机器人，其特征在于，所述中间盘(2)包括外环(21)、内环(27)、止推环(28)、定位柱(26)，所述定位柱(26)设置于所述外环(21)的朝向所述动平台(3)的一侧面上，所述定位柱(26)设置有至少两个，所述静平台(1)包括静平台基盘(16)，所述静平台基盘(16)的中心开设有安装孔(15)，所述安装孔(15)与所述内环(27)过盈配合使所述静平台(1)与所述中间盘(2)相连接，所述动平台(3)包括动平台基盘(36)、辅助定位环(35)，所述辅助定位环(35)连接于所述动平台基盘(36)一侧面的中心处，所述动平台基盘(36)的中心处开设有通孔，所述辅助定位环(35)位于所述通孔的外围，所述动平台基盘(36)上靠近边缘处开设有至少两个定位孔(37)，各所述定位柱(26)分别穿过一个各所述定位孔(37)使所述动平台(3)与所述中间盘(2)的所述外环(21)相连接。3.根据权利要求2所述的连续体机器人，其特征在于，所述柔性铰链包括一对外转动体(5)、一对第一电磁铁(13)、一对内转动体(6)、一对第二电磁铁(33)，所述一对外转动体(5)、所述一对第一电磁铁(13)连接于所述静平台(1)上，一对所述内转动体(6)、一对所述第二电磁铁(33)连接于所述动平台(3)上，所述一对第一电磁铁(13)设置于所述静平台基盘(16)的背离所述中间盘(2)的一侧面上，所述一对第一电磁铁(13)在所述静平台基盘(16)上相对所述安装孔(15)对称分布，所述一对外转动体(5)连接于所述静平台基盘(16)上，所述一对外转动体(5)与所述第一电磁铁(13)位于所述静平台基盘(16)的同一侧，所述一对外转动体(5)在所述静平台基盘(16)上相对所述安装孔(15)对称分布，所述一对外转动体(5)的中心的连线与所述一对第一电磁铁(13)的中心的连线相垂直，所述一对第二电磁铁(33)设置于所述动平台基盘(36)的背离所述中间盘(2)的一侧面上，所述一对第二电磁铁(33)在所述动平台基盘(36)上相对所述通孔对称分布，所述一对内转动体(6)连接于所述动平台基盘(36)上，所述一对内转动体(6)与所述电磁铁(32)位于所述动平台基盘(36)的同一侧，所述一对内转动体(6)在所述动平台基盘(36)上相对所述通孔对称分布，所述一对内转动体(6)的中心的连线与所述一对第二电磁铁(33)的中心的连线相垂直，所述动平台基盘(36)上靠近所述一对内转动体(6)的位置处开设有外转动体通过槽(34)，所述静平台基盘(16)上靠近所述一对外转动体(5)的位置处开设有内转动体通过槽(14)。4.根据权利要求3所述的连续体机器人，其特征在于，所述柔性铰链还包括第一交叉簧片组(7)、第二交叉簧片组(8)，所述第一交叉簧片组(7)、所述第二交叉簧片组(8)均包括两个交叉簧片，同组的两个所述交叉簧片之间均无连接，所述第一交叉簧片组(7)、所述第二交叉簧片组(8)的所述交叉簧片的交叉角均为90度，所述一对内转动体(6)包括第一内转动件(61)、第二内转动件(62)，所述一对外转动体(5)包括第一外转动件(51)、第二外转动件
(52)，所述第一内转动件(61)、所述第二内转动件(62)、所述第一外转动件(51)、第二外转动件(52)均为圆环状中空刚性结构，所述第一外转动件(51)与所述第一内转动件(61)之间留有间隙，所述第二外转动件(52)与所述第二内转动件(62)之间留有间隙，所述第一外转动件(51)、所述第二外转动件(52)顶部置于所述外转动体通过槽(34)内，所述第一外转动件(51)顶部、所述第二外转动件(52)顶部与所述动平台基盘(36)之间留有间隙，所述第一内转动件(61)的底部、所述第二内转动件(62)的底部置于所述内转动件通过槽(14)内，所述第一内转动件(61)的底部、所述第二内转动件(62)的底部与所述静平台基盘(16)之间留有间隙，所述第一内转动件(61)、所述第二内转动件(62)位于所述第一外转动件(51)、所...

【专利技术属性】
技术研发人员：马广英，孙学增，姚云龙，腾博文，相立鑫，张海兵，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：