[发明专利]一种手术机器人变刚度腕部结构及手术机械臂

说明书

本发明公开了一种手术机器人变刚度腕部结构及手术机械臂，其技术方案为：包括弹性骨架，弹性骨架外侧设有柔性温控管，所述柔性温控管外侧设有切口式形状记忆合金管；柔性温控管能够保证与切口式形状记忆合金管接触面积的前提下，留出空隙使固定在弹性骨架上的卡盘机构与切口式形状记忆合金管相互配合；所述卡盘机构用于连接驱动丝。本发明使用镍钛合金作为变刚度材料，在进行腕部形状改变时不需要持续通热水进行温度保持，使变刚度腕部的运动性能得到改善；变刚度腕部由驱动单元进行丝驱动，体积小且更加灵活。

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种手术机器人变刚度腕部结构及手术机械臂。

背景技术

在单孔腹腔镜手术中，微创型机器人可以极大地减小体腔壁的创口尺寸，从而减轻术后疼痛并缩短康复时间。目前已经有多种微创手术机器人系统结构被提出与应用。针对手术机器人在调整末端执行器空间位置时需要机械臂具有柔性，而在执行拉扯等动作时需要机械臂具有刚性，并能够承受一定的负载。因此要求微创机器人的机械臂应具有刚度变换的功能。但现有的手术机器人并不能完全满足这一需求。

针对刚度变换，一般有两种方案：变刚度结构和变刚度材料。就前者来讲，可利用一种机构锁合的方法来改变机械臂的刚度，但这种方法虽然可以显著改变刚度，但是结构过于复杂且体积较大，不适合应用在手术机器人机械臂上；也可利用改变驱动丝张力的大小来改变驱动力的方法，但这对驱动丝的耐磨性以及强度要求过高。就后者来讲，许多学者做了一系列尝试，一种利用固体颗粒的阻塞法来改变机械臂刚度的办法，但为实现高刚度需要较多的固体颗粒，会使机构臃肿，不够小巧；利用离散关节与相变合金骨架实现变刚度的办法，但许多相变合金如镓合金等于人体有害，也有部分相变合金相变时间过长，会使手术机器人存在较大的迟滞。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的第一目的是提供了一种手术机器人变刚度腕部结构，使用镍钛合金作为变刚度材料，在进行腕部形状改变时不需要持续通热水进行温度保持，使变刚度腕部的运动性能得到改善。

本发明的第二目的是提供了一种手术机械臂，变刚度腕部由驱动单元进行丝驱动，体积小且更加灵活。

本发明采用下述技术方案：

一种手术机器人变刚度腕部结构，包括弹性骨架，弹性骨架外侧设有柔性温控管，所述柔性温控管外侧设有切口式形状记忆合金管；柔性温控管能够保证与切口式形状记忆合金管接触面积的前提下，留出空隙使固定在弹性骨架上的卡盘机构与切口式形状记忆合金管相互配合；所述卡盘机构用于连接驱动丝。

进一步的，所述卡盘机构包括换向卡盘和导轮，换向卡盘与弹性骨架侧面固定；所述换向卡盘上安装导轮。

进一步的，所述切口式形状记忆合金管具有锯齿状切口，每段关节仅有一个自由度；两个单自由度关节中，任一关节的驱动丝位于另外一个关节驱动丝的中性面内。

进一步的，所述切口式形状记忆合金管为镍钛合金管。

进一步的，所述弹性骨架为中空结构。

进一步的，所述柔性温控管具有入水口和出水口，且入水口和出水口位于柔性温控管同一端。

进一步的，所述柔性温控管为铜管。

一种手术机械臂，包括驱动单元和所述的变刚度腕部结构，所述驱动单元通过驱动丝与变刚度腕部结构相连，使变刚度腕部结构能够轴向移动及向两垂直方向转动。

进一步的，所述驱动单元包括多组电机，所述电机连接绕线轮，驱动丝绕制于绕线轮上，且驱动丝经换向导轮连接变刚度腕部结构。

进一步的，所述驱动单元还包括扣板箱，扣板箱一侧安装扣板盖；所述电机通过卡扣与扣板箱相连，绕线轮位于扣板箱与扣板盖形成的封闭空间内，且绕线轮一侧设置垫板，所述垫板与扣板盖之间连接有弹簧。