[发明专利]一种柔性连续体手术机器人

说明书

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种柔性连续体手术机器人。包括柔性连续体、刚性臂体、柔性弯曲驱动机构和旋转驱动机构；旋转驱动机构包括：圆筒形外壳、大齿圈、第一安装架、第一驱动组件、主动齿轮和第二安装架；柔性弯曲驱机构包括多条柔性绳和第二驱动组件；柔性绳的前端固定在柔性连续体上，后端固定在第二驱动组件的输出端，第二驱动组件拉动柔性绳的后端前后运动。本发明通过第一电机驱动主动带轮，使第一圆形转动盘、第二圆形转动和第二安装架转动，从而能够带动柔性连续体旋转，由远端柔性弯曲驱动机构和旋转驱动机构驱动，通过柔性绳传递动力，能够使近端柔性连续体实现多自由度运动，大大提高了运动的灵活性。

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种柔性连续体手术机器人。

背景技术

我国每年有接近100万人被诊断出胃癌和结直肠癌。传统内窥镜是最常见胃肠道疾病诊疗装置，虽然能可靠地对常见肿瘤进行及时诊断，但其插入式操作不仅会使病人承受巨大的痛苦，而且有可能引起诸多并发症。

为了完全消除皮肤切口引起的术后并发症，“无创手术”的概念，利用人体开口，在胃壁上开口，用一支内窥镜把各种所需的手术器械载送到病灶处进行手术，全程不产生任何的皮肤切口。随后衍生出减少打孔的单孔腹腔镜和经自然通道的腹腔镜等手术方式，即手术过程中仅在肚脐周围开大约一厘米的小切口，通过该切口插入腹腔镜和几个手术仪器进行手术过程。手术由传统的大切口转为多个小孔式的切口，腹腔镜在术中提供了更为清晰的手术视野，虽然不能完全替代传统开放手术，但其微创以及术后恢复快等优势，使这种术式迅速在全世界普及。然而，由于其对器械及医生的技术经验要求较高，仍难以普及。

世界上关于柔性手术机器人的研究相当多，相较传统的通过在关节处相互转动从而实现弯转运动的刚性运动链，柔性连续体机构通过其近端结构变形实现远端结构的弯转变形。在柔性连续体机构中，其结构主体同时成为驱动的传递结构，因此可在小尺寸空间范围内实现极高的自由度配置。柔性连续体机构具备结构紧凑、灵活度高、柔性安全接触保证等特点，因而被广泛应用于柔性操作臂、内窥镜和可控导管等医疗器械。

在医疗领域中，柔性连续体机构的远端多用于伸入弯曲复杂的深腔环境中，其远端多呈不可见或者部分可见状态，因此，柔性连续体机构的姿态反馈是保证其使用可靠性及安全性的重要保障。然而，以柔性绳为主体的柔性连续体机构中，其弯转运动通过推拉柔性绳实现；而该弯转运动没有明确的弯转关节，使得柔性连续体机构的弯转姿态的反馈不能采用刚性运动链中设置于关节处的角度传感器来直接实现，同时，目前并没有特别针对于柔性连续体机构的姿态反馈传感器。因此亟需研制一款能够实时反馈拉力和位移的、多自由度的以及能够降低对患者伤害的柔性连续体手术机器人。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的会引起并发症、对器械和医生经验要求高、难以实现、缺乏力反馈以及容易对患者产生伤害的缺陷，提供一种具有多自由度、能够实时反馈拉力和位移、结构紧凑、功能完备以及降低了对患者伤害的柔性连续体手术机器人。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种柔性连续体手术机器人，其特征在于：包括柔性连续体、安装在所述柔性连续体末端的刚性臂体、安装在所述刚性臂体末端的柔性弯曲驱动机构和旋转驱动机构；所述旋转驱动机构包括：圆筒形外壳、固定在所述圆筒形外壳内壁上的大齿圈、沿所述圆筒形外壳的内周面转动安装的第一安装架、安装在所述第一安装架上的第一驱动组件、安装在所述第一驱动组件输出轴上的主动齿轮；所述主动齿轮与所述大齿圈相啮合；所述圆筒形外壳的前端的内周面转动安装有第二安装架，所述刚性臂体固定安装在所述第二安装架上；所述柔性弯曲驱动机构包括多条柔性绳和驱动每条柔性绳分别运动的第二驱动组件；所述柔性绳的前端固定在所述柔性连续体上，后端固定在所述第二驱动组件的输出端，所述第二驱动组件拉动柔性绳的后端前后运动。