[發(fā)明專利]一種柔性關(guān)節(jié)及柔性器械臂

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210339407.1
• 申請日: 2022-04-01
• 公開（公告）號(hào): CN114748110A
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史超陽;羅翔宇;王樹新
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): A61B17/00
• 分類號(hào): A61B17/00;A61B34/30
• 代理公司: 北京中普鴻儒知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11822
• 代理人: 曲芳兵

本發(fā)明涉及一種柔性關(guān)節(jié)，包括柔性連續(xù)體以及氣囊，柔性連續(xù)體上開設(shè)有與所述氣囊相匹配的氣囊通道；氣囊置于所述氣囊通道內(nèi)；所述氣囊與氣驅(qū)動(dòng)模塊相連接，所述氣驅(qū)動(dòng)模塊通過控制氣囊內(nèi)部氣壓大小，實(shí)現(xiàn)柔性關(guān)節(jié)剛度連續(xù)可調(diào)。其中：當(dāng)氣囊未充氣或氣壓較小時(shí)，柔性關(guān)節(jié)處于柔性狀態(tài)，這種狀態(tài)下的柔性關(guān)節(jié)具有適度的結(jié)構(gòu)剛度以靈活適應(yīng)人體狹窄彎曲的腔道形狀；當(dāng)氣囊內(nèi)氣壓逐漸增大時(shí)，氣囊與連續(xù)體結(jié)構(gòu)周向壁的摩擦力增大，柔性關(guān)節(jié)處于剛性狀態(tài)，這種狀態(tài)下，柔性關(guān)節(jié)承載能力高，可以為手術(shù)器械提供穩(wěn)定的操作平臺(tái)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域，具體涉及一種可連續(xù)變剛度的柔性關(guān)節(jié)及柔性器械臂。

背景技術(shù)

微創(chuàng)手術(shù)(MIS)指由小切口或人體自然腔道進(jìn)入人體，在受限的生理結(jié)構(gòu)中進(jìn)行復(fù)雜和精細(xì)的手術(shù)。微創(chuàng)手術(shù)中狹窄彎曲的腔道解剖路徑也為入路和操作增加了很多限制，以上因素導(dǎo)致操作器械由傳統(tǒng)的剛性直桿器械向柔性操作器械發(fā)展，特別是利用柔性內(nèi)鏡經(jīng)人體自然腔道開展的腔鏡手術(shù)，如NOTES。柔性內(nèi)窺鏡微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人可以通過人體曲折狹窄的自然腔道，對目標(biāo)病灶進(jìn)行靈巧的篩查和診斷。此外，它們還具備可以使手術(shù)器械通過的操作通道，如抓鉗、電刀等，使外科醫(yī)生能夠進(jìn)行復(fù)雜、精細(xì)的手術(shù)。因此，這一過程要求柔性內(nèi)鏡微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人的性能可以在兩種工作狀態(tài)之間切換:柔性狀態(tài)和剛性狀態(tài)。在柔性狀態(tài)下，內(nèi)鏡柔性關(guān)節(jié)遠(yuǎn)端可在人體狹窄腔道內(nèi)靈活運(yùn)動(dòng)而不損傷人體組織。在剛性狀態(tài)下，內(nèi)鏡柔性關(guān)節(jié)遠(yuǎn)端以合適的剛度在腔道內(nèi)前進(jìn)，并可以為手術(shù)器械提供穩(wěn)定的操作平臺(tái)。因此，研究具有變剛度功能的柔性內(nèi)窺鏡微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人，以實(shí)現(xiàn)在不同環(huán)境下的剛度連續(xù)可調(diào)可變具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種剛度連續(xù)可調(diào)可變的柔性關(guān)節(jié)及柔性器械臂。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種柔性關(guān)節(jié)，包括柔性連續(xù)體以及氣囊，其中：

柔性連續(xù)體上開設(shè)有與所述氣囊相匹配的氣囊通道；

氣囊置于所述氣囊通道內(nèi)，氣囊一端與柔性連續(xù)體相固定；

所述氣囊與氣驅(qū)動(dòng)模塊相連接，所述氣驅(qū)動(dòng)模塊通過控制氣囊內(nèi)部氣壓大小，實(shí)現(xiàn)柔性關(guān)節(jié)剛度連續(xù)可調(diào)。

作為優(yōu)選，所述氣驅(qū)動(dòng)模塊包括空氣壓縮機(jī)、氣路通道、電磁閥、電氣比例閥以及控制模塊，其中：

空氣壓縮機(jī)用于向氣路通道提供氣源；

氣路通道與所述氣囊相連接；

所述電磁閥以及電氣比例閥分別設(shè)置于所述氣路通道上；

所述控制模塊與電磁閥以及電氣比例閥相連接。

作為優(yōu)選，所述柔性連續(xù)體為螺旋彈簧式結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)呈螺旋式連接的柔性關(guān)節(jié)體。

作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述柔性連續(xù)體包括至少一個(gè)順時(shí)針螺旋段與至少一個(gè)逆時(shí)針螺旋段，所述順時(shí)針螺旋段與逆時(shí)針螺旋段相互連接。

作為優(yōu)選，所述氣囊設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)，當(dāng)氣囊數(shù)量設(shè)置為多個(gè)時(shí)，所述柔性連續(xù)體沿圓周向均勻布置數(shù)量與所述氣囊相匹配的氣囊通道。

作為優(yōu)選，所述柔性連續(xù)體的結(jié)構(gòu)中心處設(shè)有中心骨架通道，中心骨架通道內(nèi)設(shè)有鎳鈦合金桿，所述鎳鈦合金桿與柔性連續(xù)體粘接固定。

本發(fā)明還提供了一種柔性器械臂，包括上述任一柔性關(guān)節(jié)、多個(gè)驅(qū)動(dòng)絲以及絲驅(qū)動(dòng)裝置，其中：

柔性連續(xù)體上沿圓周方向均勻分布數(shù)量與所述驅(qū)動(dòng)絲相匹配的驅(qū)動(dòng)絲通道，各個(gè)所述驅(qū)動(dòng)絲一端穿過驅(qū)動(dòng)絲通道并固定在柔性連續(xù)體端部，另一端與絲驅(qū)動(dòng)裝置連接，所述絲驅(qū)動(dòng)裝置通過驅(qū)動(dòng)多個(gè)驅(qū)動(dòng)絲進(jìn)行拮抗運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)柔性關(guān)節(jié)的彎曲。