【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医疗器械，特别是涉及一种基于结构锁形的变刚度柔性手术机器人平台。
技术介绍
1、微创手术与传统外科手术相比，具有减少患者不适、术后影响少、恢复时间短等优点，在近几年受到广泛关注。在微创手术中，医生通常是使用一个带有摄像头、光源和水气通道的入路载体穿过人体自然腔道/创口，同时为手术器械(如手术钳、电刀等)提供通道，使手术可以顺利进行。作为手术器械的工作平台，一方面，入路载体需要具有灵活性，以便能够在不损伤人体组织的情况下灵活的通过自然腔道/创口到达病变位置；另一方面，手术器械工作时，入路载体需要足够坚硬来抵抗外部载荷，避免产生不必要的弯曲。这两种情况下的刚度变化很大，若入路载体不能满足这两种相互冲突的要求，将会限制手术机器人的性能和使用。因此，设计一种具有较高刚度变化比的柔性入路载体具有重要意义，可以为内窥镜手术提供新的选择，促进微创手术的发展和应用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种基于结构锁形的变刚度柔性手术机器人平台，能够在柔性状态下置入目标位置，随后变为刚性状态，可为手术器械提供稳定的工作平台，避免人体腔道受到物理伤害。
2、为实现本专利技术的目的所采用的技术方案是：
3、一种基于结构锁形的变刚度柔性手术机器人平台，包括驱动装置和入路载体，所述入路载体固定在所述驱动装置上，由所述驱动装置通过驱动绳及变刚度绳驱动控制进行状态变化，在柔性状态及刚性状态间切换，其特征在于，所述入路载体包括多个关节，多
4、其中，多个所述关节包括依次连接的一个近端关节、多个中间关节、一个远端关节；所近远端关节的另一端与连接杆相连接，所述远端关节的另一端连接末端通道，所述中间关节包括在两端垂直分布的第一耳板和第二耳板，第一耳板和第二耳板上都具有同心的圆孔，第二耳板上分布有用于变刚度的所述凹槽；所述近端关节和远端关节包含第一耳板或第二耳板中的一个；相邻的两个关节通过第一耳板、第二耳板以及连接轴连接，实现相对转动。
5、其中，所述关节中穿过所述驱动绳和变刚度绳，所述驱动绳和变刚度绳的数量分别为两根，所述驱动绳沿关节内部轴向等距分布，所述变刚度绳沿关节轴线对称分布在所述驱动绳的两侧；
6、每根所述驱动绳的一端穿过关节上的驱动绳孔固定在远端关节，另一端与驱动装置的对应的驱动轮及驱动导向轮相连接；每根所述变刚度绳的一端穿过关节的变刚度绳孔固定在旋转关节对应的啮合端盖上，另一端与驱动装置的对应的变刚度绕绳轮及变刚度导向轮相连接；
7、同一方向的两根驱动绳绕在一个驱动轮上，驱动电机带动驱动轮转动时，与驱动轮连接的一根驱动绳收起同时另一根驱动绳释放，从而实现入路载体在驱动绳收起的一侧弯曲；
8、所述变刚度绕绳轮及变刚度导向轮受驱动能相对于所述驱动轮及驱动导向轮能沿所述驱动装置的长度方向移动，实现所述变刚度绳的张紧，从而实现所述入路载体由柔性向刚性的转换。
9、其中，所述驱动轮及驱动导向轮位于驱动轮底板与驱动轮压板之间，所述变刚度绕绳轮及变刚度导向轮安装于变刚度压板与变刚度底板之间，所述变刚度压板位于所述驱动轮压板内部的第一滑槽中并能在第一滑槽中滑动，所述变刚度底板位于所述驱动轮底板内部的第二滑槽中并能在第二滑槽中滑动移动。
10、其中，所述变刚度底板的底部与位于其下方的丝杆驱动机构连接，所述丝杆驱动机构在变刚度电机的驱动作用下旋转时，驱动所述变刚度底板、变刚度压板以及变刚度绕绳轮，变刚度导向轮移动；变刚度电机带动丝杠运动，将旋转运动转换成平移运动，带动所述变刚度底板及变刚度绕绳轮向后运动，实现所述变刚度绳的张紧，从而实现所述入路载体由柔性向刚性的转换。
11、其中，所述丝杆驱动机构安装于底板上，所述驱动轮底板位于所述底板的垂直方向上方，所述驱动轮压板位于所述驱动底板的垂直方向上方，所述驱动轮压板的垂直方向上方有驱动电机固定板。
12、其中，所述的变刚度绕绳轮、变刚度导向轮、所述驱动轮以及驱动导向轮的外表面上均预制方便绕绳的绕绳槽，以便于将所述驱动绳、变刚度绳、限位缠绕。
13、其中，所述驱动轮为两个，沿其径向方向隔开布置，所述驱动导向轮为四组，每组包含四个同轴布置的驱动导向轮，所述驱动导向轮位于所述驱动轮的一侧，同一方向的两根驱动绳绕在一个驱动轮上，其中，一根驱动绳经过驱动导向轮从驱动轮中部逆时针向上缠绕在驱动轮上，并固定在驱动轮上端，对侧的另一根驱动绳经过驱动导向轮从驱动轮中部顺时针向下缠绕在驱动轮上，并固定在驱动轮下端；所述变刚度绕绳轮为五组，每组包含两个同轴布置的变刚度绕绳轮，所述变刚度导向轮为八组，每组包含四个同轴布置的变刚度导向轮，两组所述变刚度绕绳轮隔开布置为第一部分变刚度绕绳轮，布置于远离所述入路载体的一侧，一组所述变刚度绕绳轮布置于近所述入路载体一侧作为第二部分变刚度绕绳轮，另外两组变刚度绕绳轮隔开布置作为第三部分变刚度绕绳轮布置于第一部分变刚度绕绳轮与第二部分变刚度绕绳轮之间，第一部分变刚度绕绳轮与第三部分变刚度绕绳轮之间隔开布置四组变刚度导向轮，第二部变刚度绕绳轮与第三部分变刚度绕绳轮之间隔开布置两组变刚度导向轮，第二部分变刚度绕绳轮的外侧隔开布置两组变刚度导向轮，同一关节的两根变刚度绳绕在一个变刚度绕绳轮上，其中，一根变刚度绳经过变刚度导向轮从变刚度绕绳轮上部顺时针向下缠绕在变刚度绕绳轮上，并固定在变刚度绕绳轮中部，对侧的另一根变刚度绳经过变刚度导向轮从变刚度绕绳轮下部逆时针向上缠绕在变刚度绕绳轮上，并固定在变刚度绕绳轮中部。
14、其中，所述入路载体通过所述连接杆与所述驱动装置相连接。
15、其中，所述驱动装置的一端侧设置有连接杆固定下板及连接件固定下板，通过螺钉连接的所述连接杆固定下板及连接件固定下板将所述连接杆扣合固定。
16、本专利技术的柔性手术机器人平台，采用结构锁形的方式实现变刚度，可以产生较大的阻碍力矩，能实现较大刚度变化比，在受力弯曲时，能承受较大外力，满足自然腔道内窥镜手术对于灵活性和手术操作时入路载体稳定性的要求。
17、本专利技术的柔性手术机器人平台，采用绳张紧的方式实现变刚度，通过张紧绳将机械部件移动到锁定位置即可，响应速度快，能耗低。与应用堵塞原理和相变材料的手术机器人平台相比，具有安全性高、噪声低的优点。
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1.基于结构锁形的变刚度柔性手术机器人平台，包括驱动装置和入路载体，所述入路载体固定在所述驱动装置上，由所述驱动装置通过驱动绳及变刚度绳驱动控制进行状态变化，在柔性状态及刚性状态间切换，其特征在于，所述入路载体包括多个关节，多个关节通过关节连接件顺序铰接连接在一起而能相对转动，所述关节连接件包括连接轴、弹簧、啮合端盖；所述弹簧的一端粘接在关节的耳板上，另一端粘接在啮合端盖的内侧，所述啮合端盖内侧的凸台嵌入所述耳板上用于变刚度的凹槽中；所述连接轴与所述啮合端盖的配合面具有啮合齿；柔性状态下，所述啮合端盖受弹簧支撑，所述连接轴及啮合端盖上的齿处于分离状态，相邻关节自由转动；刚性状态下时，所述变刚度绳使所述连接轴与啮合端盖上的齿相啮合，所述变刚度绳的张力转换为关节间的阻碍力矩，入路载体变为刚性状态。
2.根据权利要求1所述基于结构锁形的变刚度柔性手术机器人平台，其特征在于，多个所述关节包括依次连接的一个近端关节、多个中间关节、一个远端关节；所近远端关节的另一端与连接杆相连接，所述远端关节的另一端连接末端通道，所述中间关节包括在两端垂直分布的第一耳板和第二耳板，第一耳板和第二
3.根据权利要求2所述基于结构锁形的变刚度柔性手术机器人平台，其特征在于，所述关节中穿过所述驱动绳和变刚度绳，所述驱动绳和变刚度绳的数量分别为两根，所述驱动绳沿关节内部轴向等距分布，所述变刚度绳沿关节轴线对称分布在所述驱动绳的两侧；
4.根据权利要求3所述基于结构锁形的变刚度柔性手术机器人平台，其特征在于，所述驱动轮及驱动导向轮位于驱动轮底板与驱动轮压板之间，所述变刚度绕绳轮及变刚度导向轮安装于变刚度压板与变刚度底板之间，所述变刚度压板位于所述驱动轮压板内部的第一滑槽中并能在第一滑槽中滑动，所述变刚度底板位于所述驱动轮底板内部的第二滑槽中并能在第二滑槽中滑动移动。
5.根据权利要求4所述基于结构锁形的变刚度柔性手术机器人平台，其特征在于，所述变刚度底板的底部与位于其下方的丝杆驱动机构连接，所述丝杆驱动机构在变刚度电机的驱动作用下旋转时，驱动所述变刚度底板、变刚度压板以及变刚度绕绳轮，变刚度导向轮移动；变刚度电机带动丝杠运动，将旋转运动转换成平移运动，带动所述变刚度底板及变刚度绕绳轮向后运动，实现所述变刚度绳的张紧，从而实现所述入路载体由柔性向刚性的转换。
6.根据权利要求5所述基于结构锁形的变刚度柔性手术机器人平台，其特征在于，所述丝杆驱动机构安装于底板上，所述驱动轮底板位于所述底板的垂直方向上方，所述驱动轮压板位于所述驱动底板的垂直方向上方，所述驱动轮压板的垂直方向上方有驱动电机固定板。
7.根据权利要求3所述基于结构锁形的变刚度柔性手术机器人平台，其特征在于，所述的变刚度绕绳轮、变刚度导向轮、所述驱动轮以及驱动导向轮的外表面上均预制方便绕绳的绕绳槽，以便于将所述驱动绳、变刚度绳、限位缠绕。
8.根据权利要求3所述基于结构锁形的变刚度柔性手术机器人平台，其特征在于，所述驱动轮为两个，沿其径向方向隔开布置，所述驱动导向轮为四组，所述驱动导向轮位于所述驱动轮的一侧；所述变刚度绕绳轮为五组，所述变刚度导向轮为八组，两组所述变刚度绕绳轮为第一部分变刚度绕绳轮，布置于远离所述入路载体的一侧，一组所述变刚度绕绳轮布置于近所述入路载体一侧作为第二部分变刚度绕绳轮，另外两组变刚度绕绳轮作为第三部分变刚度绕绳轮布置于第一部分变刚度绕绳轮与第二部分变刚度绕绳轮之间。
9.根据权利要求2所述基于结构锁形的变刚度柔性手术机器人平台，其特征在于，所述入路载体通过所述连接杆与所述驱动装置相连接。
10.根据权利要求9所述基于结构锁形的变刚度柔性手术机器人平台，其特征在于，所述驱动装置的一端侧设置有连接杆固定下板及连接件固定下板，通过螺钉连接的所述连接杆固定下板及连接件固定下板将所述连接杆扣合固定。
...【技术特征摘要】
1.基于结构锁形的变刚度柔性手术机器人平台，包括驱动装置和入路载体，所述入路载体固定在所述驱动装置上，由所述驱动装置通过驱动绳及变刚度绳驱动控制进行状态变化，在柔性状态及刚性状态间切换，其特征在于，所述入路载体包括多个关节，多个关节通过关节连接件顺序铰接连接在一起而能相对转动，所述关节连接件包括连接轴、弹簧、啮合端盖；所述弹簧的一端粘接在关节的耳板上，另一端粘接在啮合端盖的内侧，所述啮合端盖内侧的凸台嵌入所述耳板上用于变刚度的凹槽中；所述连接轴与所述啮合端盖的配合面具有啮合齿；柔性状态下，所述啮合端盖受弹簧支撑，所述连接轴及啮合端盖上的齿处于分离状态，相邻关节自由转动；刚性状态下时，所述变刚度绳使所述连接轴与啮合端盖上的齿相啮合，所述变刚度绳的张力转换为关节间的阻碍力矩，入路载体变为刚性状态。
2.根据权利要求1所述基于结构锁形的变刚度柔性手术机器人平台，其特征在于，多个所述关节包括依次连接的一个近端关节、多个中间关节、一个远端关节；所近远端关节的另一端与连接杆相连接，所述远端关节的另一端连接末端通道，所述中间关节包括在两端垂直分布的第一耳板和第二耳板，第一耳板和第二耳板上都具有同心的圆孔，第二耳板上分布有用于变刚度的所述凹槽；所述近端关节和远端关节包含第一耳板或第二耳板中的一个；相邻的两个关节通过第一耳板、第二耳板以及连接轴连接，实现相对转动。
3.根据权利要求2所述基于结构锁形的变刚度柔性手术机器人平台，其特征在于，所述关节中穿过所述驱动绳和变刚度绳，所述驱动绳和变刚度绳的数量分别为两根，所述驱动绳沿关节内部轴向等距分布，所述变刚度绳沿关节轴线对称分布在所述驱动绳的两侧；
4.根据权利要求3所述基于结构锁形的变刚度柔性手术机器人平台，其特征在于，所述驱动轮及驱动导向轮位于驱动轮底板与驱动轮压板之间，所述变刚度绕绳轮及变刚度导向轮安装于变刚度压板与变刚度底板之间，所述变刚度压板位于所述驱动轮压板内部的第一滑槽中并能在第一滑槽中滑动，所述变刚度底板位于所述驱动轮底板内部的第二滑...
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