[发明专利]一种用于腹腔微创外科手术的柔性机器人

说明书

一种用于腹腔微创外科手术的柔性机器人，它涉及腹腔微创外科手术医疗设备技术领域，它包括驱动系统、软体机器人主体和末端手术钳机构；驱动系统包括直线进给系统、线驱系统和气驱系统；线驱系统与直线进给系统连接，软体机器人主体安装于线驱系统上，气驱系统通过穿过线驱系统的气管给软体机器人主体供气，末端手术钳机构的前端夹持器安装在软体机器人主体的前端，末端手术钳机构的末端手持握把安装在线驱系统上，前端夹持器通过穿设在线驱系统及软体机器人主体中的钢丝绳与末端手持握把连接。本发明结构紧凑，采用柔性材料，多模块设计可实现多形态变化及自身变刚度效果，提高了机器人的空间运动能力，并具有实现视觉探测和生物组织取样的功能。

技术领域

本发明涉及腹腔微创外科手术医疗设备技术领域，是一种保留刚性驱动装置，机器人主体选用柔性材料制作的柔性机器人系统，用于腹腔微创外科手术，特别涉及一种用于腹腔微创外科手术的柔性机器人。

背景技术

随着科学技术的不断发展进步，越来越多的工业作业已由机器人取代了人工进行操作。传统的刚性机器人几乎都由刚性材料制成，自身强度高，在一般结构性环境中具有良好的运动能力，但当遇到更艰难的工作环境时，往往达不到理想的工作效果；反观软体机器人，它们由于自身材料柔软，拥有无限多的自由度，可以在混乱的危险环境下持续作业，比如微创手术、矿点探查等方面，其明显优于传统刚性体机器人的柔顺性、安全性和适应性等性能特点已使软体机器人研究成为了世界范围内的一大研究热潮，具有十分广阔的潜在价值。

借助于机器人技术的发展，将机器人技术与微创手术相结合发展而来的机器人具有更高的精度和灵活度，能够在一定程度上优化手术。然而，目前的机器人辅助微创手术的实施方式只是用机器人将医生从手术台上替代下来，而且现有的手术机器人基本都是刚性机器人，自由度有限，难以适用于各种各样的复杂环境，手术器械在患者体内容易出现碰撞干涉或“筷子”效应，容错率较低，机器人运动能力不够优异；此外，目前已有的类似于胃肠内窥镜的柔性手术机器人功能单一，仅能实现图像采集等简单操作，集成化程度不高，难以完成复杂的手术操作，存在较大局限性。

发明内容

本发明为克服现有技术不足，提供一种用于腹腔微创外科手术的柔性机器人，该机器人主体选用柔性材料制作，具有十分优越的形变能力和安全性，能够在患者体内进行柔性弯曲，并依靠自身实现变刚度，完成对机器人末端手术钳的空间定位，可在狭小复杂的空间内完成对病变组织的图像采集和采样操作。本发明申请采用的是气驱和线驱两种方式混合驱动，气动驱动可提供较大驱动力，完成机器人主体的主要形变；绳线驱动作为辅助驱动，完成机器人主体的精确定位，并与气动驱动形成拮抗作用，提高机器人主体的刚度。气—线混合驱动可提高机器人驱动的容错率、冗余度以及实现刚度上的增加，从而提高机器人的运动能力。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

一种用于腹腔微创外科手术的柔性机器人，它包括末端手术钳机构，它还包括驱动系统和软体机器人主体；驱动系统包括直线进给系统、线驱系统和气驱系统；线驱系统与直线进给系统连接，软体机器人主体安装于线驱系统上，气驱系统通过穿过线驱系统的气管给软体机器人主体供气，气驱系统和线驱系统控制软体机器人主体形变，直线进给系统控制线驱系统及软体机器人主体的水平运动，末端手术钳机构的前端夹持器安装在软体机器人主体的前端，末端手术钳机构的末端手持握把安装在线驱系统上，前端夹持器通过穿设在线驱系统及软体机器人主体中的钢丝绳与末端手持握把连接，拉动钢丝绳实现前端夹持器的开合。

进一步地，所述直线进给系统包括上层进给系统与下层进给系统；所述下层进给系统包括底座、丝杠滑轨副和丝杠驱动电机；丝杠滑轨副包括丝杠副、一对直线下导轨和下滑块；丝杠驱动电机安装在底座上，丝杠副的丝杠转动安装在底座上，且所述丝杠一端安装在丝杠驱动电机的输出端上，一对直线下导轨对称分布在丝杠的两侧并安装在底座上，下滑块滑动设置在一对直线下导轨上，并与所述丝杠副上的螺母固接，上层进给系统安装在下滑块上，丝杠驱动电机控制丝杠的旋转实现上层进给系统的直线位移。