[发明专利]基于接触辅助结构的柔性连续体机器人

说明书

本发明公开了基于接触辅助结构的柔性连续体机器人，包括末端偏转部(1)、导管部(2)和驱动模块(3)；驱动模块(3)通过导管部(2)与末端偏转部(1)相连接；其中，末端偏转部(1)包括：柔性机械臂本体(11)、末端偏转部驱动组件(12)及成像组件(13)；末端偏转部驱动组件(12)装配于机械臂本体(11)外部；成像组件(13)安装于机械臂本体(11)内部。本发明作为一种面向消化道进行早癌诊疗的柔性连续体机器人，基于接触辅助结构进行设计，由超弹性镍钛合金管制成，通过驱动丝传递动力，能够克服现有柔性器械难以小型化，中间工作通道空间小，抗拉、抗扭性能差、末端偏转机构有回差、无骨架等缺点。

技术领域

本发明涉及柔性连续体机器人技术领域，特别是涉及基于接触辅助结构的柔性连续体机器人。

背景技术

目前，消化道早癌难以诊断发现，肿瘤边缘难以界定，是消化道疾病诊疗中面临的重大临床问题，光学活检技术可以实现活体的高分辨率显微成像，但是，显微成像视野范围小、探针控制不精准，是限制显微内镜临床应用的瓶颈。

丝驱动柔性连续体机器人具备尺寸紧凑，多自由度，长距离传动的特点。柔长的连续体机器人能够通过内窥镜手术平台介入人体消化道，通过驱动探针进行扫描，实现大面积显微成像。早癌诊断后进行粘膜下手术，能够实现消化道早癌的诊疗一体化操作。这类柔性手术机器人分为导管部和末端偏转部，其中，传统的导管部由柔性多腔管制成，具有承载驱动丝及传递力的作用。末端偏转部多为传统铰链式蛇骨连续体机构，通过丝的拉伸收缩，来完成末端的多自由度弯曲。对于3mm以下的多腔管由于壁厚的限制，制造内外径比大的多腔管十分困难。但是机器人中间的大腔道是通入成像探针或活检钳驱动丝等元件所必须的。另外，现有末端蛇骨连续体存在回差大、制造难、工作通道小、自身无骨架等诸多问题。

对薄壁超弹性镍钛合金管进行精密激光切割，可制造出大内腔的柔性连续体机器人，超弹性镍钛合金材料弹性模量小，能承受比传统金属材料高一个量级的可恢复应变。基于此材料制成的机构自身具备骨架，柔性更好，无需额外的诸如弹簧的骨架元件且疲劳强度优异。以往学者基于此提出过矩形槽口拓扑结构的柔性机构，其缺点是抗拉、抗扭性能差，即强度及稳定性差；在受丝驱动时不能较好的绕形心偏转，这为常曲率运动学建模引入误差。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供基于接触辅助结构的柔性连续体机器人。

为此，本发明提供了基于接触辅助结构的柔性连续体机器人，其包括末端偏转部、导管部和驱动模块；

驱动模块通过导管部与末端偏转部相连接；

其中，末端偏转部包括：柔性机械臂本体、末端偏转部驱动组件及成像组件；

末端偏转部驱动组件装配于机械臂本体外部；

成像组件安装于机械臂本体内部。

其中，柔性机械臂本体是一根镍钛管，柔性机械臂本体上具有等间距分布的多个机械臂本体柔性关节，柔性机械臂本体远离的驱动模块的一端端部具有端部接口；

多个机械臂本体柔性关节，由激光切割镍钛管加工而成。

其中，端部接口沿着柔性机械臂本体端部的圆周方向，以度间隔等间隔设置有四个槽口。

其中，末端偏转部驱动组件包括多个导丝盘及四根驱动丝；

导丝盘的端面，开有四个小孔及一个大孔；

其中，四个小孔沿着导丝盘的端面周向，以度等间距均匀分布，用于引导支撑四根驱动丝；

其中，一个大孔位于导丝盘的正中间，与柔性机械臂本体中的机械臂本体柔性关节的外壁形成紧密配合。

其中，任意相邻的两个导丝盘，以单个机械臂本体柔性关节为间距，安装在柔性机械臂本体外壁；