一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械制造技术

本发明专利技术涉及医疗器械技术领域，提供一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，包括锥形柔性体和驱动机构；锥形柔性体呈圆台状，包括可形变连接件、刚性套管、近端卡件、中间卡件和远端卡件，中间卡件设于近端卡件和远端卡件之间，可形变连接件的两端分别与近端卡件和远端卡件连接，近端卡件与刚性套管连接，远端卡件自由伸出；驱动机构包括旋转驱动组件、平移驱动组件和牵引组件；旋转驱动组件和刚性套管连接，以驱动锥形柔性体旋转；牵引组件与远端卡件连接并经近端卡件和刚性套管与平移驱动组件连接。本发明专利技术通过设置兼具较高灵活性和较大刚度的锥形柔性体，能够承载更大的作用力矩，提升了器械的适用范围。提升了器械的适用范围。提升了器械的适用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械


[0001]本专利技术涉及医疗器械
，尤其涉及一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械。

技术介绍

[0002]微创手术由于其创伤较小、安装性高、恢复快以及对正常组织损伤小等优点而被广泛应用。在临床实践中，由于人体内复杂的环境和器官的分布，刚性的手术器械难以满足微创手术的要求，故需要柔性手术器械来进行处理。
[0003]目前，常规的是基于圆柱形柔性体的手术器械，该类型的柔性手术器械虽然具有灵活性，能够进行移动达到病灶，但其结构刚度较低，末端的承受力较小，尤其对于需要高自由度的器械，往往为了达到高灵活性而舍弃刚度需求，但低刚度的柔性手术器械难以满足末端执行部件的较大作用力的需求，使其在临床应用中受限较大。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，用以解决现有技术中圆柱形柔性体的微创手术器械存在结构刚度较小，末端承受能力差的缺陷。
[0005]本专利技术提供一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，包括：锥形柔性体和驱动机构；所述锥形柔性体呈圆台状，包括可形变连接件、刚性套管、近端卡件、中间卡件和远端卡件，所述中间卡件设于所述近端卡件和所述远端卡件之间，所述可形变连接件的两端分别与所述近端卡件和所述远端卡件连接，所述近端卡件与所述刚性套管连接，所述远端卡件自由伸出；所述驱动机构包括旋转驱动组件、平移驱动组件和牵引组件；所述旋转驱动组件和所述刚性套管传动连接，以驱动所述锥形柔性体旋转；所述牵引组件包括一级牵引单元和二级牵引单元，所述一级牵引单元与所述中间卡件连接并经所述近端卡件和所述刚性套管与所述平移驱动组件相连接，所述二级牵引单元与所述远端卡件连接并经所述中间卡件、所述近端卡件和所述刚性套管与所述平移驱动组件连接，以通过所述平移驱动组件驱动所述一级牵引单元或二级牵引单元中的任一牵引单元移动，进而控制所述锥形柔性体弯曲形变；其中，所述牵引组件配置有六组牵引件，六组所述牵引件分别设于所述锥形柔性体的六个不同的动作方向，且每一所述牵引件各自连接有所述平移驱动组件，以通过各自连接的所述平移驱动组件驱动所述牵引件移动，进而控制所述锥形柔性体能够沿六个不同的方向弯曲形变。
[0006]根据本专利技术提供的一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，所述一级牵引单元和所述二级牵引单元内各自配置有三组所述牵引件。
[0007]根据本专利技术提供的一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，所述牵引件包
括牵引束，所述牵引束包括一根或多根金属丝。
[0008]根据本专利技术提供的一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，所述远端卡件靠外侧壁上具有连接插孔，所述连接插孔容许所述牵引件的一端伸入并与之固定连接；所述近端卡件的外侧壁一周上设有沿轴向贯穿的限位槽孔，所述限位槽孔容许所述牵引件通过；所述中间卡件的内壁一周上设有沿轴向贯穿的定位槽孔，所述定位槽孔容许所述牵引件插入或通过。
[0009]根据本专利技术提供的一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，所述可形变连接件包括圆锥螺旋弹簧，所述圆锥螺旋弹簧构造有小径端和大径端；其中，所述圆锥螺旋弹簧的小径端与所述远端卡件连接，所述圆锥螺旋弹簧的大径端与所述近端卡件连接，所述中间卡件设于所述圆锥螺旋弹簧的内部。
[0010]根据本专利技术提供的一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，所述旋转驱动组件包括电机、连轴器、同步轮和轴承；所述连轴器与所述电机的输出端连接；所述同步轮包括第一同步轮和第二同步轮，所述第一同步轮和所述第二同步轮传动连接；其中，所述第一同步轮与所述连轴器连接，所述第二同步轮与所述轴承连接，所述轴承与所述刚性套管连接。
[0011]根据本专利技术提供的一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，还包括底座和支撑组件，所述支撑组件设于所述底座上。
[0012]其中，所述支撑组件具有固定部和转动部，所述旋转驱动组件设于所述支撑组件的固定部上，所述平移驱动组件和所述牵引组件设于所述支撑组件的转动部上，所述旋转驱动组件与所述支撑组件的转动部传动连接，以使所述支撑组件的转动部能够带动所述平移驱动组件和所述牵引组件同时转动。
[0013]根据本专利技术提供的一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，所述支撑组件包括第一旋转支架和第二旋转支架，所述第一旋转支架和所述第二旋转支架上分别设有转动盘，所述第一旋转支架和所述第二旋转支架同轴线设置，并在所述第一旋转支架和所述第二旋转支架之间构造有能够容纳多个所述平移驱动组件和所述牵引组件的容置腔；其中，所述牵引组件布置在所述转动盘中心上，多个所述平移驱动组件均匀分布在以所述转动盘中心为轴线的一周上，进而通过转动盘带动所述平移驱动组件和所述牵引组件转动。
[0014]根据本专利技术提供的一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，所述平移驱动组件包括驱动部和平移执行机构；所述驱动部的输出端与所述平移执行机构连接，所述平移执行机构与所述牵引组件连接，以通过所述驱动部驱动所述平移执行机构移动，从而带动所述牵引组件移动。
[0015]根据本专利技术提供的一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，所述平移执行机构包括连接板，以及设于所述连接板上的导向光轴、直线位移传感器、丝杠、固定件和拉压力传感器；所述固定件与所述牵引件固定连接；
所述丝杠与所述驱动部连接，以通过所述驱动部驱动所丝杠转动，进而使所述固定件能够移动；所述直线位移传感器固定设于所述连接板上；所述拉压力传感器设于所述连接板和所述固定件之间；所述导向光轴贯穿所述连接板，以使所述连接板能够沿所述导向光轴移动。
[0016]根据上述任一实施例，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术提供的一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，通过将柔性手术器械中的柔性体配置为圆台形结构的锥形柔性体，通过锥形柔性体的大径端能够提供较好的支撑力，使得整体具有较好的结构刚度，小径端能够具有较好的灵活性，使得锥形柔性体整体兼具较好的灵活性和较好的刚度。且在锥形柔性体的近端、中间和远端分别连接有近端卡件、中间卡件和远端卡件，中间卡件和远端卡件分别与一级牵引单元和二级牵引单元连接，使得锥形柔性体具有两级的自由度调节方式；并具体能够通过六组的牵引件实现本专利技术的六个自由度进行弯曲运动，确保了其灵活性。进一步地，锥形柔性体还与旋转驱动组件连接，使得锥形柔性体能够进行旋转运动，进而实现了七个自由度的运动。
[0017]由上述可知，本专利技术提供的一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，能够提升柔性体的结构刚度，使其兼具灵活性和较大的结构刚度，具有较大的可操控范围，能够满足不同的实际手术需求，丰富了微创手术器械的应用场景。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，其特征在于，包括：锥形柔性体和驱动机构；所述锥形柔性体呈圆台状，包括可形变连接件、刚性套管、近端卡件、中间卡件和远端卡件，所述中间卡件设于所述近端卡件和所述远端卡件之间，所述可形变连接件的两端分别与所述近端卡件和所述远端卡件连接，所述近端卡件与所述刚性套管连接，所述远端卡件自由伸出；所述驱动机构包括旋转驱动组件、平移驱动组件和牵引组件；所述旋转驱动组件和所述刚性套管传动连接，以驱动所述锥形柔性体旋转；所述牵引组件包括一级牵引单元和二级牵引单元，所述一级牵引单元与所述中间卡件连接并经所述近端卡件和所述刚性套管与所述平移驱动组件相连接，所述二级牵引单元与所述远端卡件连接并经所述中间卡件、所述近端卡件和所述刚性套管与所述平移驱动组件连接，以通过所述平移驱动组件驱动所述一级牵引单元或二级牵引单元中的任一牵引单元移动，进而控制所述锥形柔性体弯曲形变；其中，所述牵引组件配置有六组牵引件，六组所述牵引件分别设于所述锥形柔性体的六个不同的动作方向，且每一所述牵引件各自连接有所述平移驱动组件，以通过各自连接的所述平移驱动组件驱动所述牵引件移动，进而控制所述锥形柔性体能够沿六个不同的方向弯曲形变。2.根据权利要求1所述的基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，其特征在于，所述一级牵引单元和所述二级牵引单元内各自配置有三组所述牵引件。3.根据权利要求1或2所述的基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，其特征在于，所述牵引件包括牵引束，所述牵引束包括一根或多根金属丝。4.根据权利要求1所述的基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，其特征在于，所述远端卡件靠外侧壁上具有连接插孔，所述连接插孔容许所述牵引件的一端伸入并与之固定连接；所述近端卡件的外侧壁一周上设有沿轴向贯穿的限位槽孔，所述限位槽孔容许所述牵引件通过；所述中间卡件的内壁一周上设有沿轴向贯穿的定位槽孔，所述定位槽孔容许所述牵引件插入或通过。5.根据权利要求1所述的基于锥形连续体的七自由度柔性手术器械，其特征在于，所述可形变连接件包括圆锥螺旋弹簧，所述圆锥螺旋弹簧构造有小径端和大径端；其中，所述圆锥螺旋弹簧的小径端与所述远端卡件连接，所述圆锥螺旋弹簧的大径端与所述近端卡件连接，所述中间卡件设于所述圆锥螺旋弹簧的内部。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：李国涛，刘市祺，侯增广，娄倩文，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：