[发明专利]一种用于微创手术的可变刚度软体机械臂及其使用方法

说明书

本发明属于一种软体机械臂，具体是涉及到一种用于微创手术的可变刚度软体机械臂及其使用方法，用于微创手术的可变刚度软体机械臂包括变刚度支撑臂以及套装在变刚度支撑臂上的套筒，套筒包括弯曲段和扭转段，弯曲段和扭转段外分别缠绕有多个丝圈和螺旋丝，弯曲段和扭转段内分别设置有连通充放模块的沿变刚度支撑臂径向分布的至少2个以上腔室，对腔室充放介质以实现机械臂的弯曲和扭转，本发明整体变刚度支撑臂、弯曲段和扭转段结构一致，只需改变外壁缠绕丝圈或者螺旋丝即可改变弯曲和扭转的类型，极大程度上简化了机械臂的结构设计和排布组合的难度，便于根据实际需要，进行不同的弯曲段和扭转段的组合，具有较好的顺应性。

技术领域

本发明属于一种软体机械臂，具体是涉及到一种用于微创手术的可变刚度软体机械臂及其使用方法。

背景技术

科技的快速发展提高了人类对于机器安全性的审视，现代机械设计中对于人机交互中的安全性的考量也得到了大幅度的提升，因此，具有良好的顺应性、人机交互安全性的软体机器人迅速成为机器人的热点，被相关从业人员认为是机器人领域未来重要发展方向。

传统应用于手术中的机械臂集成于外科手术机器人系统中，用于辅助外科手术的顺利进行，稳定、精确以及灵活的机械臂能够完成在人手无法触及的狭小空间内的操作。但是刚性结构的机械臂对于人体脆弱的组织容易造成损伤，其次外科手术机器人价格昂贵，因此，可用于微创手术的软体机械臂一出现就受到了广泛关注。

体积小巧的软体机械臂可以通过人体切开的创口，进入人体内实现类似胃镜等内窥镜的检查功能，也可以通过末端加载功能模块实现如抓取等操作。柔软拥有众多的优点，但是目前的软体机械臂同时还存在刚度不足使得其稳定性差、内部结构复杂不便于扭转模块或弯曲模块的排布组合设计，各个模块之间的控制方式不同，同一个软体机械臂需要多种动力设备等问题。

申请号为CN201810935837.3名称为“一种电流变液控制的变刚度软体机械臂”的中国发明专利记载有：“变刚度中装置充满电流变液，通过改变电压的大小，实现电流变液的“液—固—液”的转变，从而实现刚度的变化；软体机械臂本体四周均布三个气腔，通过密封装置与快速接头相连输送气体来使其弯曲”。其变刚度模块由电压的大小控制，而弯曲则由输送气体来控制，带来了操作不便，需要多种控制设备的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有多种扭转段和弯曲段组合方式、便于控制和结构简单的用于微创手术的可变刚度软体机械臂及其使用方法。

本发明的内容包括变刚度支撑臂以及套装在变刚度支撑臂上的套筒，套筒包括弯曲段和扭转段，弯曲段和扭转段外分别缠绕有多个丝圈和螺旋丝，弯曲段和扭转段内分别设置有连通充放模块的沿变刚度支撑臂径向分布的至少2个以上腔室，对腔室充放介质以实现机械臂的弯曲和扭转。

充放模块可以对腔室填充和吸走介质，介质可以为气体也可以为液体，优选为压缩空气，另外，可根据实际工作需要调整腔室的尺寸以及弯曲段和扭转段的长度，以获得最佳的使用效果。

更进一步地，所述变刚度支撑臂包括连通充放模块的内管和套装在内管上的外管，内管与外管之间填充有阻塞颗粒，阻塞颗粒采用摩擦系数大的颗粒，增加紧密状态下的稳定性。

更进一步地，所述腔室可以为圆形、椭圆形、矩形、扇形等其它形状，优选为扇形腔室，腔室可以为气囊结构或者腔体结构。

更进一步地，弯曲段或扭转段沿套筒径向分布的每2个腔室之间设置有支撑条。

更进一步地，所述支撑条内沿套筒轴线方向设置有预留通孔，预留通孔内设置有管道Ⅲ，管道Ⅲ一端连通充放模块，另一端与另一弯曲段的腔室连通。

更进一步地，所述腔室绕套管中心轴呈圆周分布有3个。

更进一步地，所述弯曲段和扭转段隔断设置，隔断设置提高扭转和弯曲的控制精度，使相邻的弯曲段或者扭转段不会相互干扰。