多自由度柔性操作臂机构制造技术

一种微创手术技术领域的多自由度柔性操作臂机构，包括：三级装配体、机械骨架和两级柔性手指机构，其中：三级装配体固定设置于机械骨架内，两级柔性手指机构设置于机械骨架和三级装配体的中心。本发明专利技术具有多自由度、体积足够小巧、且仅有一个柔性多级手指的手术器械，以进一步降低病人痛苦、加快恢复速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种微创手术
的装置，具体是一种多自由度柔性操作臂 机构。
技术介绍
微操作系统技术在医疗领域的运用很广，一个基于微操作系统技术在医疗方面最 有前景的应用就是侵入式微创治疗，在目前的一些技术中，基于导管的诊断和治疗非常流 行。虽然有很多商业的导管技术被运用，但是导管技术有弯曲角度受到限制，而且对于病人 存在很大的风险。微创手术是指利用腹腔镜、胸腔镜等现代医疗器械及相关设备进行的手术。微创 手术无须开刀，只需在病人身上开1-3个0. 5-1厘米的小孔，病人不留疤痕、无疼痛感、只需 3-5天便可完成检查、治疗、康复全过程。然而目前的微创手术很多情况下依然需要开3个 孔，来输入各种设备。因此微创手术设备依然有改进的余地，以最大限度的降低病人的痛 苦。因此，单孔的多自由度柔性操作臂的研究和应用成为热点之一。经对现有技术的文献检索发现，中国专利文献号CN2586565记载了一种“可伸缩 柔性臂装置”，包含有由直流电动机经减速器传动的转轴，一根柔性钢带在一个卷筒内卷绕 于转轴上，而外端从卷筒的外圆开口伸出，转轴上还装有码盘、对准码盘装有光电开关。柔 性钢带能携带检测装置在狭窄的管束间隙中移动检测，工作位置由光电开关和码盘组成的 定位系统进行计数控制，从而实现细小工业管道管束间检测装置的移动及位置控制。进一步检索发现，中国专利文献号CN2187524记载了一种“仿象鼻柔性机构”结 构，是由多节并联机构串联而成。而每节并联机构由三个分支杆、上下两平台连接及铰链组 成。由多节这样的并联机构串联起来，就构成了具有超多自由度的柔性臂机构。由于本机 构能实现转动与移动的复合运动，因此具有较高的柔性避障钻洞能力。但上述结构由于尺 寸与自由度的限制，还不能实现微型的多自由度柔性操作。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种多自由度柔性操作臂机构，具有 多自由度、体积足够小巧、且仅有一个柔性多级手指的手术器械，以进一步降低病人痛苦、 加快恢复速度。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括三级装配体、机械骨架和两级柔 性手指机构，其中三级装配体固定设置于机械骨架内，两级柔性手指机构设置于机械骨架 和三级装配体的中心。所述的三级装配体包括依次位于机械骨架顶部、中部和底部的上层装配体、中层 装配体和底层装配体。所述的两级柔性手指机构包括柔性手指、硅酮管、若干牵引钢丝、钢丝端盖、硅酮 连接端子和底座，其中硅酮管套接于牵引钢丝外部，牵引钢丝的一端与钢丝端盖固定连接，另一端缠绕设置于牵引钢丝步进电机上，钢丝端盖固定设置于柔性手指的顶端，硅酮连 接端子设置于柔性手指的中部，底座安装于底层装配体的正中间。本专利技术采用步进电机进行控制，能够精确的控制电机转动的角度，使得手指的弯 曲完全能够精确的运动到所需要的位置。本专利技术不仅可以运用在医疗方面，还可以往其它 精确控制方向发展。附图说明图1为机械骨架总体示意图；图2为底层装配体的结构示意图；图3中层装配体的结构示意图；图4为两级柔性手指示意图；图中1三级装配体、2机械骨架、3两级柔性手指机构、4上层装配体、5中层装配 体、6底层装配体、7平板底座、8旋转步进电机、9牵引钢丝步进电机、10旋转步进电机轴、 11电机安装底座、12连接骨架、13探头、14光电开关、15光电开关安装底座、16固定底座、 17柔性手指安装底座、18第二级柔性手指、19第一级柔性手指、20牵引钢丝、21钢丝端盖、 22硅酮连接端子和23底座。具体实施例方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施 例。如图1所示，本实施例包括三级装配体1、机械骨架2和两级柔性手指机构3，其 中三级装配体1固定设置于机械骨架2内，两级柔性手指机构3设置于机械骨架2和三级 装配体1的中心。所述的三级装配体1包括依次位于机械骨架2顶部、中部和底部的上层装配体 4、中层装配体5和底层装配体6。所述的上层装配体4包括平板底座7和旋转步进电机8，其中旋转步进电机8 固定设置于平板底座7上，平板底座7与机械骨架2固定连接并与底层装配体6连成整体， 旋转电机通过旋转电机轴带动中层装配体5进行旋转。所述的中层装配体5包括六个个牵引钢丝步进电机9、旋转步进电机轴10、电机 安装底座11、六个个连接骨架12和六个个光电开关14探头13，其中连接骨架12固定设 置于电机安装底座11的四周，旋转步进电机轴10固定设置于电机安装底座11的正中，牵 引钢丝步进电机9围绕旋转步进电机轴10设置于电机安装底座11的一侧，光电开关14探 头13固定设置于电机安装底座11的另一侧，牵引钢丝步进电机9用于柔性手指的弯曲控 制，光电开关14为步进电机的零点位置，当步进电机通过零点位置后就开始作用于柔性手 指，带动起弯曲。所述的底层装配体6包括六个个光电开关14、六个个光电开关安装底座15、固定 底座16、柔性手指安装座17，其中光电开关14固定设置于光电开关安装底座15的一侧， 光电开关安装底座15的另一侧与固定底座16相连，柔性手指安装座17固定设置于固定底座16的正中且与两级柔性手指机构3活动连接，光电开关14的个数与光电开关14探头13 以及牵引钢丝步进电机9数量相同，牵引钢丝连接在钢丝牵引钢丝步进电机9上面，钢丝牵 引钢丝步进电机9的转动会带动柔性手指的弯曲。所述的两级柔性手指机构3包括第二级柔性手指18、第一级柔性手指19、六个牵 引钢丝20、钢丝端盖21、硅酮连接端子22和底座23，其中硅酮管19套接于牵引钢丝20 外部，牵引钢丝20的一端与钢丝端盖21固定连接，另一端缠绕设置于牵引钢丝步进电机9 上，钢丝端盖21固定设置于柔性手指18的顶端，硅酮连接端子22设置于柔性手指18的中 部，底座23安装于底层装配体6的正中间，第一级手指19固定设置于所述两级柔性手指机 构3的底座23上且六个所述牵引钢丝20穿过第一级手指19以控制第一级手指19的弯曲 方向和角度，第二级手指18的顶端与所述两级柔性手指机构3的钢丝端盖21相连接且六 个所述牵引钢丝20穿过第二级手指18以控制第二级手指18的弯曲方向和角度。本装置具体通过以下方式进行工作1、将柔性手指I8安装在其固定端9，使柔性手指自然伸直；2、将固定底座16安装在操作平台上，然后再将光电开关的安装底座7通过轴承安 装在固定底座上面，最后安装光电开关；3、将中层装配体图2通过连接骨架12安装在底层装配体上面，然后调节电机的初 始位置，使光电开关探头在0角度的位置；4、安装上层装配体(1)，通过轴将中层装配体和上层装配体的步进电机进行连接， 这样电机就可以带动中层装配体旋转。5、将所有的机构安装好了后，进行导线的连接，确定导线和控制部分连接好后，通 电测试各个电机以及光电开关的状况，确定无误后就可以进行柔性手指的操作。6、确定手指末端要到达的区域，然后控制6台牵引步进电机控制柔性手指的弯曲 方向和大小，以使得末端准确的到达所要求的区域。7、到手指末端到达所需要的区域后，控制前端的记忆合金手抓，将目标物体抓住， 并通过吸附腔将目标物体吸出来。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多自由度柔性操作臂机构，其特征在于，包括：三级装配体、机械骨架和两级柔性手指机构，其中：三级装配体固定设置于机械骨架内，两级柔性手指机构设置于机械骨架和三级装配体的中心。

【技术特征摘要】
一种多自由度柔性操作臂机构，其特征在于，包括三级装配体、机械骨架和两级柔性手指机构，其中三级装配体固定设置于机械骨架内，两级柔性手指机构设置于机械骨架和三级装配体的中心。2.根据权利要求1所述的多自由度柔性操作臂机构，其特征是，所述的三级装配体包 括依次位于机械骨架顶部、中部和底部的上层装配体、中层装配体和底层装配体。3.根据权利要求2所述的多自由度柔性操作臂机构，其特征是，所述的上层装配体包 括平板底座和旋转步进电机，其中旋转步进电机固定设置于平板底座上，平板底座与机 械骨架固定连接并与底层装配体连成整体，旋转电机通过旋转电机轴带动中层装配体进行 旋转。4.根据权利要求2所述的多自由度柔性操作臂机构，其特征是，所述的中层装配体包 括若干个牵引钢丝步进电机、旋转步进电机轴、电机安装底座、若干个连接骨架和若干个 光电开关探头，其中连接骨架固定设置于电机安装底座的四周，旋转步进电机轴固定设置 于电机安装底座的正中，牵引钢丝步进电机围绕旋转步进电机轴设置于电机安装底座的一 侧，光电开关探头固定设置于电机安装底座的另一侧，牵引钢丝步进电机用于柔性手指的 弯曲控制，光电开关为步进电机的零点位置，当步进电机通过零点位置后就开始作用于柔 性手指，带动起弯曲。5.根据权利要求2所述的多自由度柔性操作臂机构，其特征是，所述的底...

【专利技术属性】
技术研发人员：付庄，王思远，李光春，赵言正，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]