[发明专利]一种基于多分段连续体串联结构的微创介入手术机器人

说明书

本发明涉及一种基于多分段连续体串联结构的微创介入手术机器人，包括机械臂及末端执行器，末端执行器包括连续体机构、手爪驱动机构、单自由度驱动机构、双自由度驱动机构，连续体机构、手爪驱动机构、单自由度驱动机构、双自由度驱动机构均设置在架体上，架体与机械臂相连。由上述技术方案可知，本发明具有结构紧凑、灵活度高、柔顺性强、控制精度高的优点，可针对人体的指定部位完成复杂的手术操作。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种基于多分段连续体串联结构的微创介入手术机器人。

背景技术

微创手术机器人虽然已经发展几十年，但仍然存在很多问题需要解决，其中主要的难点在于末端柔性关节的结构设计，多段柔性关节串联的布置方式及解耦方法和柔索驱动的穿线方法。微创手术机器人末端的柔性关节主要有三种实现方式，离散型关节、连续型关节和同心管式关节。离散型关节的刚度高，但是灵活度差，并且由于加工工艺的限制无法做到很小的尺寸；同心管式关节可以做到极小的尺寸构型、但是由于其结构特殊使得驱动和控制方式较为困难；而连续型柔性关节具备灵活度高、尺寸小、驱动方式简单等特点，被广泛的用于微创手术器械中。连续型关节中又分为切口式关节、骨架式关节。骨架式关节由中间的弹性骨架和安装在上面的圆盘构成，弹性骨架起支撑作用，圆盘安装驱动丝。虽然骨架式连续体具有多个自由度，但是其轴向刚度差；而切口式连续体就很好的解决了这个问题，使得连续体机构在具有很好的灵活度时，也具有一定的刚度。

专利公开号为CN201811220895.4的专利公开了一种耳鼻颅底微创手术机器人及其操作方法，该专利虽然结构紧凑，但前端的关节采用离散型的机构，自由度少，灵活度低。专利公开号CN201610797612.7的专利公开了一种采用约束结构骨的柔性手术工具系统，该专利虽然具有多个自由度，但是内部的驱动线导向采用导管的方式导向，这会大大增加驱动线的摩擦力，使得控制精度降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多分段连续体串联结构的微创介入手术机器人，该手术机器人解决了现有手术器械灵活度低、控制精度差的问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：包括机械臂及末端执行器，其特征在于：所述的末端执行器包括由单自由度连续体、双自由度连续体及手爪组成的连续体机构，还包括用于驱动手爪张开或闭合的手爪驱动机构、驱动单自由度连续体实现俯仰偏转的单自由度驱动机构、驱动双自由度连续体实现俯仰及左右偏转的双自由度驱动机构，所述的连续体机构、手爪驱动机构、单自由度驱动机构、双自由度驱动机构均设置在架体上，所述的架体与机械臂相连；

所述的单自由度驱动机构包括第一柔索及第一直线电机，第一直线电机对第一柔索进行牵引以实现单自由度连续体俯仰角度的偏转；所述双自由度驱动机构包括第二柔索、第三柔索、第二直线电机、第三直线电机，第二直线电机对第二柔索进行牵引以实现双自由度连续体俯仰角度的偏转，第三直线电机对第三柔索进行牵引以实现双自由度连续体左右角度的偏转，所述的手爪驱动机构包括第四柔索及第四直线电机，第四直线电机对第四柔索进行牵引以实现手爪的闭合，第四柔索复位时，手爪依靠自身弹性张开；

所述的架体包括依次布置且为同心结构的第一盘体、第二盘体、第三盘体、第四盘体和第五盘体，所述的第五盘体上设有与连续体机构相连的连杆，所述的连杆为空心杆，所述的架体还包括用于包裹第一盘体、第二盘体、第三盘体、第四盘体、第五盘体的壳体以及用于连接壳体与机械臂的支撑架；

所述的手爪包括手爪连接座与爪体，所述的手爪连接座与双自由度连续体的端部插接固定，所述的爪体由弹性材料制成，包括三组整体呈V型的脚爪，三组脚爪的一端均与手爪连接座固定，三组脚爪的另一端均与连接件相连，所述的连接件与第一柔索相连；