具有快换功能的连续体手术机器人

1.本实用新型涉及手术机器人，尤其涉及一种具有快换功能的连续体手术机器人。


背景技术：

2.连续体手术机器人近几年来在微创手术领域被广泛研究，连续体由弹性材料组成，能够产生连续变形(主干曲线具有连续切向量)，具有无限自由度的一类机器人。连续体机器人可以由多段串联而成，每一段由一系列的连续体骨架通过驱动线连接而成，每段连续体都具有俯仰和偏航两个自由度，通过驱动线的收放，能够实现特定的3d曲线形状和所需的末端位置，从而具有可以沿着人体复杂腔道导航的能力。连续体机器人为内部空心结构，可以在其末端安装手术执行器进行手术任务。
3.现有的连续体手术机器人多是采用伺服电机结合丝杠滑台驱动的大型设备，这类连续体机器人仅处于探索阶段，尺寸过大，无法完成微创手术，且极大地占用了有限的手术室空间。在手术过程中不具有快速更换末端器械使其在临床推广受限。另外这种大型同心管机器人的使用方式和现有的一般微创手术流程有很大不同，医生无法将连续体机器人和现有的微创手术工具结合使用，这会在使用上造成很大的不便。
4.因此，如何克服目前连续体手术机器人尺寸大和使用不便是本领域技术人员所亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种具有快换功能的连续体手术机器人。
6.本实用新型提供了一种具有快换功能的连续体手术机器人，包括连续体机械臂模块和驱动盒模块，所述连续体机械臂模块的一端为末端，另一端为始端，所述连续体机械臂模块的末端安装手术所需的末端执行器，所述连续体机械臂模块的始端固连在所述驱动盒模块中，所述驱动盒模块上安装有电机，所述电机连接有控制连续体机械臂模块弯曲的驱动线，所述驱动线从驱动盒模块中的电机出发穿过驱动盒模块并与连续体机械臂模块上的铰接件相连。
7.作为本实用新型的进一步改进，所述连续体机械臂模块包括与末端执行器相连的连续体臂末端、连续体臂铰接骨架与驱动盒模块相连的连续体臂起始段，所述连续体臂末端一端与末端执行器相连，另一端与所述连续体臂铰接骨架通过铰接结构相连，所述连续体臂起始段，一端与连续体臂铰接骨架通过铰接结构相连，另一端与驱动盒模块通过法兰结构相连。
8.作为本实用新型的进一步改进，所述驱动盒模块包括驱动盒电机安装板、驱动盒顶板、驱动盒-连续体臂连接板、驱动盒底板和驱动盒侧板，所述驱动盒-连续体臂连接板为侧板，所述驱动盒顶板、驱动盒-连续体臂连接板、驱动盒底板和驱动盒侧板连接形成盒体，所述驱动盒电机安装板位于所述盒体之内。
9.作为本实用新型的进一步改进，所述驱动盒电机安装板上留有电机安装位，所述电机安装在所述电机安装位上，所述电机旋转驱动驱动线进行收放，进而完成对连续体机械臂模块的姿态控制，所述驱动盒顶板上留有对驱动线预紧的操作孔，所述驱动盒-连续体臂连接板留有供驱动线穿过的通孔，便于驱动线缠绕驱动电机后穿过驱动盒模块进入连续体机械臂模块中，并与连续体机械臂模块固连，所述驱动盒侧板上留有便于对驱动盒模块内部进行微调的操作孔。
10.作为本实用新型的进一步改进，所述驱动盒底板的侧边设有能够实现快拆功能的齿条结构。
11.作为本实用新型的进一步改进，所述连续体手术机器人还包括驱动所述驱动盒底板前进与后退的齿轮结构，所述齿轮结构与所述齿条结构连接为齿轮齿条结构。
12.作为本实用新型的进一步改进，所述驱动盒顶板、驱动盒-连续体臂连接板、驱动盒底板和驱动盒侧板采用榫卯结构拼接形成长方体的盒体。
13.作为本实用新型的进一步改进，所述驱动盒-连续体臂连接板采用榫卯结构拼接在所述盒体的内部。
14.作为本实用新型的进一步改进，所述驱动盒顶板、驱动盒-连续体臂连接板、驱动盒底板和驱动盒侧板均为方形。
15.作为本实用新型的进一步改进，所述驱动盒模块采用模块化设计，使用基于激光切割的铝合金板采用榫卯结构拼接而成，组装后的整体结构近似为长方体形状，在驱动盒的内部留有安装驱动电机的安装位、与连续体臂固连的安装位、驱动盒地面具有齿条结构，方便采用齿轮齿条结构实现沿连续体臂的进给与回退运动。与此同时，驱动盒具有一定强度，在使用过程中不会发现明显刚性形变、驱动盒的侧面留有一定的开口，便于调整驱动盒内的驱动线的摆放。
16.作为本实用新型的进一步改进，驱动电机的排布采用并列排布，通过调整电机之间的间隔距离确保电机的驱动线在运动过程中不会发生干涉，与此同时采用内六角螺栓将电机与驱动盒进行固定。
17.作为本实用新型的进一步改进，所述电机上安装有与电机紧配合并用于收缩和释放驱动线的卡线器。
18.本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的连续体机器人体积小、重量轻，可以像传统的手术工具一样很方便的手持使用，同时又提供了足够的灵活性去完成复杂的微创手术任务，有效克服了传统连续体机器人体积大、不易实际推广使用的缺陷；同时基于模块化的结构设计优化，使得连续体手术机器人具有快换功能，另外连续体铰接臂的设计使得连续体可以任意方向弯曲，以连续体臂代替人手腕和手臂的转动，使医生可以以一个舒适的手部姿势完成各种场景下的手术任务。小型化的设计也使得机器人的成本大幅缩小，便于推广使用。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获
得其它的方案。
20.图1为本实用新型的一个实例中连续体机器人结构图。
21.图2为本实用新型的一个实例中机器人的连续体机械臂模块的三维结构示意图。
22.图3为本实用新型的一个实例中机器人的驱动盒模块的三维结构示意图。
23.图4为本实用新型的一个实例中机器人的驱动电机排布的示意图。
24.图5为本实用新型的一个实例中机器人的驱动盒模块具有快换结构的示意图。
具体实施方式
25.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
26.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
27.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
28.下面结合附图说明及具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
29.本实用新型提供了一种用于微创手术的连续体机器人，图1为本实用新型的一个实例中连续体机器人结构图，包括连续体机械臂模块100、驱动盒模块200、快换结构300。机器人的连续体臂模块的末端可以安装手术所需的末端执行器。另一端固连在驱动盒模块200中，控制连续体臂弯曲的驱动线从驱动盒模块200中的电机出发穿过驱动盒模块200并与连续体机械臂模块100上的铰接件相连。连续体机械臂模块100在驱动盒模块200中的电机驱动下，可以实现任意方向的弯曲，延展了末端执行器的工作区间，有利于微创手术的进行。
30.图2为本实用新型的一个实例中机器人的连续体机械臂模块100的三维结构示意图，包括与末端执行器相连的连续体臂末端101、连续体臂铰接骨架102与驱动盒模块200相连的连续体臂起始段103。连续体臂末端101一端与末端执行器相连，可安装持针器、马里兰钳、手术剪等工具，另一端与连续体臂铰接骨架102相连，连接处采用铰接结构。连续体臂起始段103，一端与连续体臂铰接骨架102通过铰接结构相连，另一端与驱动盒模块200通过法兰结构相连。
31.图3为本实用新型的一个实例中机器人的驱动盒模块200的三维结构示意图，包括驱动盒电机安装板201、驱动盒顶板202、驱动盒-连续体臂连接板203、驱动盒底板204、驱动
盒侧板205。驱动盒电机安装板201上留有电机安装位，电机旋转从而实现对驱动连续体臂的驱动线进行收放，进而完成连续体臂的姿态控制。驱动盒顶板202上留有开孔，便于手术进行之前通过空隙获得对驱动线预紧的空间。驱动盒-连续体臂连接板203留有通孔，便于驱动线缠绕驱动电机后穿过驱动盒模块200进入连续体臂中，并与连续体臂固连。驱动盒侧板205上留有空间便于对驱动盒内部进行微调。驱动盒底板204上留有铆接空隙与驱动盒侧板205、驱动盒-连续体臂连接板203相互连接，共同构成驱动盒结构并且在驱动盒底板204侧边留有齿条结构便于实现快拆功能。
32.图4为本实用新型的一个实例中机器人的驱动电机排布的示意图，包括固定电机的安装板206，安装于电机上与电机紧配合并用于收缩和释放驱动连续体臂驱动线的卡线器207，具有伺服功能的高精度的电机208，电机208与固定电机的安装板206之间通过螺栓安装孔209安装，螺栓安装孔的位置非常精密，既要保证连续体手术机器人在工作过程中不会出现多股驱动线发生干涉，也要保证整套设备各个部件在安装过程中不会发生干涉。
33.图5为本实用新型的一个实例中机器人的驱动盒模块200具有快换结构的示意图，包括驱动盒模块200的底部安装板212，底部安装板212具有快速切换功能，底部安装板212上具有齿条结构210，便于快速安装到底部驱动结构中的齿轮上，并保证了配合的精密性，在需要切换其他微创手术器械时，可以快速从底部驱动结构中拆除，即快换结构优选采用齿条结构210，可以实现与齿轮的快换功能。底部安装板212上具有中央镂空结构211，便于在安装连续体手术机器人本体时完成预紧工作。底部安装板212上具有孔洞213，便于安装驱动线的换向轴承。
34.以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

技术特征：
1.一种具有快换功能的连续体手术机器人，其特征在于：包括连续体机械臂模块和驱动盒模块，所述连续体机械臂模块的一端为末端，另一端为始端，所述连续体机械臂模块的末端安装手术所需的末端执行器，所述连续体机械臂模块的始端固连在所述驱动盒模块中，所述驱动盒模块上安装有电机，所述电机连接有控制连续体机械臂模块弯曲的驱动线，所述驱动线从驱动盒模块中的电机出发穿过驱动盒模块并与连续体机械臂模块上的铰接件相连。2.根据权利要求1所述的具有快换功能的连续体手术机器人，其特征在于：所述连续体机械臂模块包括与末端执行器相连的连续体臂末端、连续体臂铰接骨架与驱动盒模块相连的连续体臂起始段，所述连续体臂末端一端与末端执行器相连，另一端与所述连续体臂铰接骨架通过铰接结构相连，所述连续体臂起始段，一端与连续体臂铰接骨架通过铰接结构相连，另一端与驱动盒模块通过法兰结构相连。3.根据权利要求1所述的具有快换功能的连续体手术机器人，其特征在于：所述驱动盒模块包括驱动盒电机安装板、驱动盒顶板、驱动盒-连续体臂连接板、驱动盒底板和驱动盒侧板，所述驱动盒-连续体臂连接板为侧板，所述驱动盒顶板、驱动盒-连续体臂连接板、驱动盒底板和驱动盒侧板连接形成盒体，所述驱动盒电机安装板位于所述盒体之内。4.根据权利要求3所述的具有快换功能的连续体手术机器人，其特征在于：所述驱动盒电机安装板上留有电机安装位，所述电机安装在所述电机安装位上，所述电机旋转驱动驱动线进行收放，进而完成对连续体机械臂模块的姿态控制，所述驱动盒顶板上留有对驱动线预紧的操作孔，所述驱动盒-连续体臂连接板留有供驱动线穿过的通孔，便于驱动线缠绕驱动电机后穿过驱动盒模块进入连续体机械臂模块中，并与连续体机械臂模块固连，所述驱动盒侧板上留有便于对驱动盒模块内部进行微调的操作孔。5.根据权利要求3所述的具有快换功能的连续体手术机器人，其特征在于：所述驱动盒底板的侧边设有能够实现快换功能的齿条结构。6.根据权利要求5所述的具有快换功能的连续体手术机器人，其特征在于：所述连续体手术机器人还包括驱动所述驱动盒底板前进与后退的齿轮结构，所述齿轮结构与所述齿条结构连接为齿轮齿条结构。7.根据权利要求3所述的具有快换功能的连续体手术机器人，其特征在于：所述驱动盒顶板、驱动盒-连续体臂连接板、驱动盒底板和驱动盒侧板采用榫卯结构拼接形成长方体的盒体。8.根据权利要求7所述的具有快换功能的连续体手术机器人，其特征在于：所述驱动盒-连续体臂连接板采用榫卯结构拼接在所述盒体的内部。9.根据权利要求7所述的具有快换功能的连续体手术机器人，其特征在于：所述驱动盒顶板、驱动盒-连续体臂连接板、驱动盒底板和驱动盒侧板均为方形。10.根据权利要求1所述的具有快换功能的连续体手术机器人，其特征在于：所述电机上安装有与电机紧配合并用于收缩和释放驱动线的卡线器。

技术总结
本实用新型提供了一种具有快换功能的连续体手术机器人，包括连续体机械臂模块和驱动盒模块，所述连续体机械臂模块的一端为末端，另一端为始端，所述连续体机械臂模块的末端安装手术所需的末端执行器，所述连续体机械臂模块的始端固连在所述驱动盒模块中，所述驱动盒模块上安装有电机，所述电机连接有控制连续体机械臂模块弯曲的驱动线。本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的连续体机器人体积小、重量轻，可以像传统的手术工具一样很方便的手持使用，同时又提供了足够的灵活性去完成复杂的微创手术任务，有效克服了传统连续体机器人体积大、不易实际推广使用的缺陷。不易实际推广使用的缺陷。不易实际推广使用的缺陷。


技术研发人员：宋霜 吴家盛 王焦乐
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（深圳）
技术研发日：2023.03.07
技术公布日：2023/9/1