[发明专利]一种面向微创手术的变刚度机器人及工作方法

说明书

本发明涉及一种面向微创手术的变刚度机器人及工作方法，包括：机械臂：前端与固定在底板的机械臂支座连接，包括柔性管、多个关节及多组绳线，相邻关节球面接触，柔性管穿过所有关节，所有关节中穿过有绳线，绳线沿与关节同心设置的圆周均匀分布，一组内的两根绳线布置在所述圆周直径的两端，绳线一端端部与机械臂末端的关节固定连接，另一端穿过机械臂支座；弯曲机构：包括设置在底板的多个能够转动的转盘，一组内的两根绳线穿过机械臂支座后固定连接同一个转盘，转盘转动能够收起一根绳线的同时释放另一根绳线；刚性杆：能够伸入或伸出柔性管，改变机械臂的刚度，本发明的机器人能够对机械臂提供刚性支撑，避免了对人体的损伤。

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种面向微创手术的变刚度机器人及工作方法。

背景技术

单孔腹腔镜手术，即将以往腹腔镜技术中使用的多个穿刺孔集中于一个切口，通常将切口位置选在脐部。因切口减少，较普通腹腔镜更具有创伤小，疼痛轻，术后恢复快，穿刺孔疝和穿刺孔感染发生的几率降低等优点，同时手术后的疤痕会隐藏在脐窝内，不易发现，因而具有明显的美容效果。然而，由于单孔腹腔镜手术的视野从过去的立体改为平行，需要克服“器械打架”、操作自由度不佳、手术者对距离和深度的判断困难及术野显露差等难题，对手术医生腹腔镜技术要求非常高，显著延长了学习曲线。

机器人技术的介入使得机器人腹腔镜微创外科手术的优势更显著：首先机器人改善了医生的工作模式，规范了手术操作，提高了手术质量，对机器人微创手术发展与普及起到重要的推动作用；其次，通过机器人来实施微创外科手术消除了医生的疲劳感和生理限制，机器人视觉系统和机器人操作臂延伸了医生的手、眼操作能力，并且机器人的操作精准性和操作灵活性也增强了外科手术的安全性；而且，通过医疗机器人的介入也改善了医生的操作环境，减少医生射线辐射强度，延长了外科医生的职业寿命和医生的人身安全。

一般来说，机器人手臂可以分为三类：离散，蛇形和连续体。传统的串联和并联机器人是离散型的。它们由多个刚性连杆和铰链组成，并且可以在大载荷下精确定位。然而，发明人发现，它们的尺寸通常很大且自由度有限，无法适用于狭窄、拥挤等复杂的非结构化环境。软体体机器人结构紧凑，理论上具有无限的自由度，具有小巧灵活的特点。因此，它们更适合于人体内多组织、多器官环境。单孔软体手术机器人能够通过单一的切口进入患者体内实施手术，通过高度集成化的手术机械臂整体进入患者体内，减少了患者体外的机器人机构体积并降低了患者的创口数量，在最大程度上实现了微创。然而，发明人发现，软体机器人由于缺乏高刚性，导致其定位精度和承受负载能力较弱。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种面向微创手术的变刚度机器人，既适用于狭窄、拥挤等复杂的结构化环境，又能提供较高的定位精度和承载能力。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种面向微创手术的变刚度机器人，包括：

机械臂：前端与固定在底板的机械臂支座连接，包括柔性管、多个关节及多组绳线，相邻关节球面接触，柔性管穿过所有关节，所有关节中穿过有绳线，绳线沿与关节同心设置的圆周均匀分布，一组内的两根绳线布置在所述圆周直径的两端，绳线一端端部与机械臂末端的关节固定连接，另一端穿过机械臂支座。

弯曲机构：包括设置在底板的多个能够转动的转盘，一组内的两根绳线穿过机械臂支座后固定连接同一个转盘，转盘转动能够收起一根绳线的同时释放另一根绳线。

刚性杆：能够伸入或伸出柔性管，改变机械臂的刚度。

进一步的，所述底板固定有第一驱动机构，所述第一驱动机构与转盘连接，第一驱动机构能够驱动转盘的转动。

进一步的，所述第一驱动机构采用舵机，舵机的输出轴与转盘连接。

进一步的，所述刚性杆与固定在底板的第二驱动机构连接，第二驱动机构能够驱动刚性杆伸入或伸出柔性管。