[發(fā)明專利]一種連續(xù)體構(gòu)型的微創(chuàng)手術(shù)機器人及其工作方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210141548.2
• 申請日: 2022-02-16
• 公開（公告）號: CN114404044A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝叻;洪武洲
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: A61B34/30
• 分類號: A61B34/30;A61F11/20;A61B17/24;A61B10/04;A61B10/06;A61B18/12;A61B18/14
• 代理公司: 上海恒慧知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀;劉翠

1.一種連續(xù)體構(gòu)型的微創(chuàng)手術(shù)機器人，其特征在于，包括：機械臂平臺模塊、驅(qū)動模塊和器械模塊；所述驅(qū)動模塊設(shè)置于所述機械臂平臺模塊的末端，并與所述器械模塊驅(qū)動連接；

所述器械模塊，包括：驅(qū)動機構(gòu)、與驅(qū)動機構(gòu)連接的套管以及設(shè)置于套管末端的連續(xù)體模塊；

所述連續(xù)體模塊，包括依次設(shè)置的：連續(xù)體基關(guān)節(jié)、近段連續(xù)體關(guān)節(jié)、連續(xù)體段過渡關(guān)節(jié)、遠段連續(xù)體關(guān)節(jié)和連續(xù)體末端關(guān)節(jié)；其中：

所述近段連續(xù)體關(guān)節(jié)包括多個串聯(lián)連接的近段連續(xù)體子關(guān)節(jié)；其中，每一個所述近段連續(xù)體子關(guān)節(jié)均包括：關(guān)節(jié)本體，所述關(guān)節(jié)本體的第一端面設(shè)有兩個半圓柱體，所述關(guān)節(jié)本體的第二端面設(shè)有兩個與所述半圓柱體相適配的半圓柱面凹槽；相鄰兩個所述近段連續(xù)體子關(guān)節(jié)串聯(lián)連接時，其中一個所述關(guān)節(jié)本體上的半圓柱體放置于另一個所述關(guān)節(jié)本體上的半圓柱面凹槽內(nèi)；

所述遠段連續(xù)體關(guān)節(jié)包括多個串聯(lián)連接的遠段連續(xù)體子關(guān)節(jié)；其中，每一個所述遠段連續(xù)體子關(guān)節(jié)均采用仿生球窩關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，包括：本體部分、設(shè)置于本體部分第一端面的凸的球型部分和設(shè)置于本體部分第二端面的凹的關(guān)節(jié)座部分；相鄰兩個所述遠段連續(xù)體子關(guān)節(jié)串聯(lián)連接時，其中一個所述遠段連續(xù)體子關(guān)節(jié)的球型部分與另一個所述遠段連續(xù)體子關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)座部分配合連接，使得所述球型部分在所述關(guān)節(jié)座部分轉(zhuǎn)動；

所述連續(xù)體基關(guān)節(jié)的一側(cè)端面與所述套管末端連接，所述連續(xù)體基關(guān)節(jié)的另一側(cè)端面結(jié)構(gòu)與所述近段連續(xù)體子關(guān)節(jié)的第一端面結(jié)構(gòu)相適配，并通過適配的結(jié)構(gòu)與第一個所述近段連續(xù)體子關(guān)節(jié)配合連接；

所述連續(xù)體段過渡關(guān)節(jié)的一側(cè)端面結(jié)構(gòu)與所述近段連續(xù)體子關(guān)節(jié)的第二端面結(jié)構(gòu)相適配，所述連續(xù)體段過渡關(guān)節(jié)的另一側(cè)端面結(jié)構(gòu)與所述遠段連續(xù)體子關(guān)節(jié)的第一端面結(jié)構(gòu)相適配，并分別通過適配的結(jié)構(gòu)與最后一個所述近段連續(xù)體關(guān)節(jié)和第一個所述遠段連續(xù)體關(guān)節(jié)配合連接；

所述連續(xù)體末端關(guān)節(jié)的一側(cè)端面結(jié)構(gòu)與所述遠段連續(xù)體關(guān)節(jié)的第二端面結(jié)構(gòu)相適配，并通過適配的結(jié)構(gòu)與最后一個所述遠段連續(xù)體關(guān)節(jié)配合連接；所述連續(xù)體末端關(guān)節(jié)的另一側(cè)端面設(shè)有醫(yī)療器械安裝結(jié)構(gòu)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)體構(gòu)型的微創(chuàng)手術(shù)機器人，其特征在于，所述連續(xù)體基關(guān)節(jié)、近段連續(xù)體關(guān)節(jié)、連續(xù)體段過渡關(guān)節(jié)、遠段連續(xù)體關(guān)節(jié)和連續(xù)體末端關(guān)節(jié)上還設(shè)有如下任意一個或任意多個結(jié)構(gòu)：

-分別設(shè)有一個或多個通孔；當(dāng)所述通孔數(shù)量為多個時，多個所述通孔按照圓周方向均勻或非均勻分布；

-分別設(shè)有一個中間通孔，所述中間通孔與所述套管相對應(yīng)，形成中間通道。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)體構(gòu)型的微創(chuàng)手術(shù)機器人，其特征在于，所述驅(qū)動機構(gòu)，包括：器械底板、器械頂蓋、分繞線器、驅(qū)動繩、旋轉(zhuǎn)繞線器、導(dǎo)向輪和器械聯(lián)軸器；其中：

所述器械聯(lián)軸器、所述分繞線器和所述旋轉(zhuǎn)繞線器分別連接在所述器械底板上，所述驅(qū)動繩纏繞在所述分繞線器和所述旋轉(zhuǎn)繞線器上；

所述器械聯(lián)軸器的一端與所述驅(qū)動模塊驅(qū)動連接，所述器械聯(lián)軸器的另一端分別與所述分繞線器和所述旋轉(zhuǎn)繞線器連接；所述驅(qū)動模塊通過所述器械連接軸驅(qū)動所述分繞線器和所述旋轉(zhuǎn)繞線器轉(zhuǎn)動，進而帶動驅(qū)動繩實現(xiàn)拉緊和伸長，實現(xiàn)所述連續(xù)體模塊的整體旋轉(zhuǎn)、近段連續(xù)體關(guān)節(jié)和遠段連續(xù)體關(guān)節(jié)的偏轉(zhuǎn)；

所述套管固定在所述旋轉(zhuǎn)繞線器中，所述分繞線器和所述旋轉(zhuǎn)繞線器的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)所述套管的整體旋轉(zhuǎn)自由度以及所述連續(xù)體模塊的整體旋轉(zhuǎn)自由度。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的連續(xù)體構(gòu)型的微創(chuàng)手術(shù)機器人，其特征在于，所述驅(qū)動繩為多個，分別纏繞在每一個所述分繞線器上，并集中至所述旋轉(zhuǎn)繞線器后，連接至所述連續(xù)體基關(guān)節(jié)、近段連續(xù)體關(guān)節(jié)、連續(xù)體段過渡關(guān)節(jié)、遠段連續(xù)體關(guān)節(jié)和連續(xù)體末端關(guān)節(jié)上設(shè)置的通孔內(nèi)，控制所述連續(xù)體模塊的整體旋轉(zhuǎn)以及近段連續(xù)體關(guān)節(jié)和遠段連續(xù)體關(guān)節(jié)的偏轉(zhuǎn)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)體構(gòu)型的微創(chuàng)手術(shù)機器人，其特征在于，所述驅(qū)動模塊，包括：驅(qū)動模塊固定連接件、驅(qū)動電機和驅(qū)動模塊聯(lián)軸器；其中，所述驅(qū)動模塊固定連接件的一端固定在機械臂平臺模塊的末端上，所述驅(qū)動電機固定在驅(qū)動模塊固定連接件上，并與所述驅(qū)動模塊聯(lián)軸器相連；所述驅(qū)動模塊聯(lián)軸器與所述器械模塊的驅(qū)動機構(gòu)連接，在所述驅(qū)動電機的驅(qū)動下，帶動所述器械模塊實現(xiàn)所述連續(xù)體模塊的整體旋轉(zhuǎn)、近段連續(xù)體關(guān)節(jié)和遠段連續(xù)體關(guān)節(jié)的偏轉(zhuǎn)，使所述器械模塊通過自然腔道到達預(yù)設(shè)位置。