[发明专利]一种变刚度手术机械臂、手术装置及方法

说明书

本发明涉及一种变刚度手术机械臂、手术装置及方法，包括多个关节，相邻关节球面接触，所有关节穿过有与关节同心设置的柔性管、包裹在柔性管外部的柔性温控管、包裹在柔性温控管外部的变刚度管及至少一组绳线，每组绳线的数量为两根，多根绳线均匀分布在与关节同心设置的圆周上，圆周的直径大于变刚度管的外径，同一组内的两根绳线位于圆周直径的两端，柔性温控管能够加热或冷却变刚度管，改变变刚度管的刚度状态，本发明的手术机械臂结构体积小，既能适应在人体曲折的腔道前进，又能提供足够的刚度，满足了手术需求。

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种变刚度手术机械臂、手术装置及方法。

背景技术

在内窥镜介入手术中，柔性手术机械臂能够在狭窄的空间内灵活适应人体的曲折路径，而不会伤害到人体组织；但是当末端手术器械工作时，又需要手术机械臂有足够的刚度来抵抗外部载荷。这两种情况下的刚度相差很大，发明人发现，现有的手术机器人未能完全满足这两个相互矛盾的要求，这限制了手术机器人的性能和使用。

目前手术机械臂通过利用结构内部的可附接以及可拆卸连杆重新组装或者重新连接部件来调节刚度。拆卸零件时可获得一致性，零件重新安装时可获得高刚度。如使用基于滑块和阻挡器的锁定机构来切换套管系统的状态(顺应性或刚性)，但发明人发现，这种方法结构设计相当复杂，而且整体结构庞大，无法在手术过程中的狭窄空间使用；应用颗粒介质(沙子或咖啡粉)的可逆干扰性和真空压力来调节系统的刚度，发明人发现，高刚度需要大量的颗粒，这会导致结构过于庞大；通过增加绳缆的张力来提高手术机械臂的刚度，发明人发现，此种方法需要高强度耐磨性好的绳缆材料且线路排布比较复杂；利用圆柱形硅胶导管并在内部嵌入网状结构塑料管构成可变刚度手术机械臂，发明人发现，此种方法需要用气压控制刚度，噪声和结构尺寸都比较大，不适合在手术中应用，因此，目前还没有满足临床应用的多节连续体手术机器人的刚度调节技术。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供变刚度手术机械臂，结构体积小，能够改变刚度，适合在手术中应用。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种变刚度手术机械臂，包括多个关节，相邻关节球面接触，所有关节穿过有与关节同心设置的柔性管、包裹在柔性管外部的柔性温控管、包裹在柔性温控管外部的变刚度管，所有关节穿过有至少一组绳线，每组绳线的数量为两根，多根绳线均匀分布在与关节同心设置的圆周上，圆周的直径大于变刚度管的外径，同一组内的两根绳线位于圆周直径的两端，柔性温控管能够加热或冷却变刚度管，改变变刚度管的刚度状态。

进一步的，所述关节一端端面设有凸台，所述凸台具有球状端面，关节的另一端具有与所述球状端面相匹配的球状槽面，相邻关节通过球状端面和球状槽面实现球面接触。

进一步的，所述柔性管由橡胶材质制成。

进一步的，所述柔性温控管为螺旋状的柔性金属管，其内部设有流道，端部设有进水口和出水口，冷却水能够通过进水口进入流道并通过出水口流出。

进一步的，所述变刚度管由PET塑料材质制成。

本发明的另一个目的是提供一种手术装置，自动化程度高，操作方便，劳动强度低，采用如下技术方案：

一种手术装置，包括所述的变刚度手术机械臂，所述变刚度手术机械臂一端端部与机械臂支座固定连接，机械臂支座固定在底板上，底板设置有至少一个第一驱动机构，第一驱动机构均连接有转盘，变刚度手术机械臂同一组内的两根绳线穿过机械臂支座与同一个转盘连接，第一驱动机构能够带动转盘转动，转盘转动能够带动同一组内其中一根绳线收起的同时，释放另一根绳线。

进一步的，所述变刚度手术机械臂的绳线与导向轮绕接连接，绳线通过导向轮的导向后与转盘连接，所述导向轮与导向轮座连接，所述导向轮座与底板连接。