[發明專利]一種混合柔性結構的連續體機構及醫療應用

在審

• 申請號: 202210344772.1
• 申請日: 2022-03-31
• 公開（公告）號: CN114795480A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 鄧震;鄭曉春;何炳蔚;羅宏熠;黃金寶;鄭艇
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: A61B34/30
• 分類號: A61B34/30
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 賈耀淇

本發明公開一種混合柔性結構的連續體機構及醫療應用，包括柔性結構，柔性結構固定連接有手術夾爪，柔性結構固定連接有剛性臂體，剛性臂體遠離柔性結構的一端固定連接有機器人支架，機器人支架內部設有驅動模塊，驅動模塊與柔性結構傳動連接；柔性結構包括一端與所手術夾爪固定連接的第一柔性結構，第一柔性結構另一端固定連接有卡扣結構，卡扣結構遠離第一柔性結構的一端固定連接有第二柔性結構，第二柔性結構遠離第一柔性結構的一端固定連接有卡扣結構，第二柔性結構上的卡扣結構與剛性臂體固定連接；第二柔性結構的剛度大于第一柔性結構的剛度，本發明提供一種具備主動控制、穩定可靠、可變剛度且尺寸微小的柔性組合結構的柔性連續體機構。

技術領域

本發明涉及醫療器械領域，尤其涉及一種混合柔性結構的連續體機構及醫療應用。

背景技術

傳統開放式手術的過程中，會在人體表面留下很大的切口，手術后切口部位常伴有疼痛、酸脹、麻木感。由于切口大，且會造成切口附近肌肉、血管和相應神經的損傷，有可能伴隨某些組織感染并發癥，因此患者恢復速度慢。傳統手術分離組織廣泛，出血量比較大。傳統開刀的切口感染或脂肪液化、切口裂開，一直是無法避免的問題。而傳統的無創手術往往是通過切四五個小孔用于手術操作，很大程度上解決了傳統開放手術帶來的恢復慢，對人體損害大等問題。美中不足的是仍然在術后會帶了幾個細小的疤痕。經過自然腔道手術則是接觸到了無創手術的慨念，人體自然腔道幾乎遍布全身，譬如口腔、陰道、尿道、肛門等，通過利用手術機器人將手術器械置入病灶，解決問題。

經自然腔道的手術機器人機構設計的核心，在于操作臂構型的類型選擇與結構設計，操作臂的構型決定了機器人是否能夠通過自然腔道到達病灶并且完成醫療任務，同時還反應了機器人的控制方式與精度。目前機器人構型可以分為兩類：一種是剛性的機械臂，另外一種的連續體構型。顯然，剛性機器人的靈活度并不高，同時體積較大，并且無法滿足狹長的自然腔道環境。而連續體機構擁有功能柔性的特點，能夠適用于人體自然腔道復雜分布的環境，因此經自然腔道的手術主要以連續體構型的手術機器人來完成手術操作。

目前連續體構型主要可以分為幾種：柔性離散型、柔性鉸鏈型和柔性連續型。其中柔性離散型的連續體機器人具有控制精度不高，且體積較大的缺陷，不適用于需要在狹長的自然腔道內進行高精度控制的無創手術，柔性鉸鏈型的連續體機器人加工成本較高，并且靈活性相較于柔性連續型而言更差。柔性連續型結構的連續體兼顧靈活性和承載能力，并且能夠適應人體自然腔道的手術操作。螺旋結構屬于柔性連續型結構的一種，螺旋結構加工方便，彎曲曲率一致性較好。

考慮到自然腔道的復雜程度，本發明采用混合螺旋結構的連續體機構，這樣能夠實現多自由度來適應自然腔道的環境，同時視手術的操作要求，可以改變機構的剛度。

發明內容

本發明的目的是提供一種混合柔性結構的連續體機構及醫療應用，以解決上述問題，提供一種具備主動控制、穩定可靠、可變剛度且尺寸微小的柔性組合結構的柔性連續體機構。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種混合柔性結構的連續體機構，包括柔性結構，所述柔性結構一端固定連接有手術夾爪，所述柔性結構另一端固定連接有剛性臂體，所述剛性臂體遠離所述柔性結構的一端固定連接有機器人支架，所述機器人支架內部設有驅動模塊，所述驅動模塊與所述柔性結構傳動連接；

所述柔性結構包括一端與所手術夾爪固定連接的第一柔性結構，所述第一柔性結構另一端固定連接有卡扣結構，所述卡扣結構遠離所述第一柔性結構的一端固定連接有第二柔性結構，所述第二柔性結構遠離所述第一柔性結構的一端固定連接有所述卡扣結構，所述第二柔性結構上的所述卡扣結構與所述剛性臂體固定連接；所述第二柔性結構的剛度大于所述第一柔性結構的剛度。