一种柔性手术机器人

本技术涉及医疗器械，具体而言，涉及一种柔性手术机器人。

背景技术：

1、目前，微创手术是指利用腹腔镜、胸腔镜等现代医疗器械及相关设备在人体腔体内部施行手术的一种手术方式。相比传统手术方式微创手术具有创伤小、疼痛轻、恢复快等优势。然而，微创手术中微创器械由于受到切口大小的限制，手术操作难度大为增加，且医生在长时间手术过程中的疲劳、颤抖等动作会被放大，这成为制约微创手术技术发展的关键因素。随着机器人技术的发展，一种可以克服缺点、继承优点的微创医疗领域新技术——微创手术机器人技术应运而生。

2、其中，单孔手术机器人具有切口少、术后恢复快的优点，一般使用柔性手术器械通过一个切口进入人体内开展手术。可见，柔性手术器械对单孔手术机器人来说至关重要。然而，现有的柔性手术机器人存在结构复杂，关节结构设置不合理，体积大的问题。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种柔性手术机器人，结构简单，稳定性好，为实现手术器械的进一步小型化提供了可能，能够提升器械的运动性能。

2、本技术实施例提供一种柔性手术机器人，柔性手术机器人包括控制柜、多轴协作机械臂、底盘和多个伸缩臂单元，多轴协作机械臂安装于控制柜，并与控制柜电连接；底盘与多轴协作机械臂的末端连接，多个伸缩臂单元沿底盘的周向分布，每个伸缩臂单元包括直线驱动模块、牵拉结构和末端器械模块，直线驱动模块安装于底盘，牵拉结构设置于直线驱动模块的驱动端，直线驱动模块用于驱动牵拉结构沿第一方向移动以靠近或远离底盘，牵拉结构与末端器械模块连接，并通过牵引绳驱动以带动末端器械模块执行相应动作，直线驱动模块、牵拉结构和末端器械模块沿第一方向线性分布。

3、在本方案中，底盘与多轴协作机械臂的末端连接，多个伸缩臂单元沿周向安装于底盘，通过多轴协作机械臂安装于控制柜，控制柜可以接受医生主动平台的指令后控制多轴协作机械臂以及底盘上的伸缩臂单元执行相应动作，实现远程手术操作。而底盘上的多个伸缩臂单元之间可以相对独立运动，从而执行相应动作。具体的，各个伸缩臂单元中的直线驱动模块可以驱动牵拉结构和末端器械模块靠近或远离底盘，并在牵拉结构的牵引作用下，使得末端器械模块执行相应的手术动作，结构简单，稳定性好。并且，在伸缩臂单元中，直线驱动模块、牵拉结构和末端器械模块沿第一方向线性分布，使得底盘上的伸缩臂单元的空间布局更加合理，为实现手术器械的进一步小型化提供了可能，并且在直线驱动模块和牵拉结构的双重控制作用下，能够提升末端器械模块的运动性能。

4、在一些实施例中，伸缩臂单元的数量设为三个，三个伸缩臂单元可以分别为左器械臂单元、右器械臂单元和视觉臂单元，三个伸缩臂单元沿周向等间隔安装于底盘。

5、上述技术方案中，通过将伸缩臂单元的数量为三个，三个伸缩臂单元分别为视觉臂单元、左器械臂单元和右器械臂单元，利用视觉臂单元可以实时呈现手术现场实际场景，利于医护人员能够远程根据术中实际场景，而控制左器械臂单元和/或右器械臂单元执行相应的手术操作，医护人员的操作更加便捷可靠，精度更高。

6、在一些实施例中，末端器械模块依次包括器械杆、末端底座、第一柔性关节、末端大臂、末端前臂、旋转臂和末端执行器，器械杆连接于牵拉结构，末端底座连接于器械杆的末端，末端执行器为末端器械或者镜头；第一柔性关节包括一个或多个第一蛇骨关节，任意相邻两个蛇骨关节之间能够相互转动。

7、上述技术方案中，器械杆连接于牵拉结构，供牵拉结构中的牵引线穿过并连接于末端底座前侧的第一柔性关节或末端执行器，而第一柔性关节包括一个或多个第一蛇骨关节，利用第一蛇骨关节能够转动，从而使得末端器械模块能够执行旋转动作，从而调节末端执行器的切入角度，利于执行对应的手术操作。

8、在一些实施例中，第一柔性关节包括多个第一蛇骨关节，第一蛇骨关节具有内孔，内孔用于供牵拉结构的牵引绳穿设，第一蛇骨关节轴向的两侧分别具有连接槽和连接轴，连接轴用于与相邻第一蛇骨关节的连接槽相连接，以使第一蛇骨关节能绕连接轴转动；第一蛇骨关节的轴向上的两侧均具有转动避让平面，转动避让平面包括第一避让面和第二避让面，第一避让面和第二避让面的所呈角度为α，α满足：10°＜α＜40°。

9、上述技术方案中，通过第一柔性关节包括多个第一蛇骨关节，在牵拉结构中的牵引绳的牵引作用下，能够使得相邻两个第一蛇骨关节之间可以绕对应的第一蛇骨关节的连接轴相对旋转，实现末端器械模块的转动和角度调整，当然，第一蛇骨关节的轴向上的两侧均具有转动避让平面，转动避让平面可以对第一蛇骨关节转动时提供让位作用，以给第一蛇骨关节转动提供让位空间。并且，通过将第一避让面和第二避让面的角度α满足：10°＜α＜40°，使得相邻两个第一蛇骨关节的最大转动角度在40°，最小转动角度在10°。

10、在一些实施例中，内孔的数量设为四个，四个内孔分为第一内孔组和第二内孔组，第一内孔组和第二内孔组的数量均为两个，第一内孔组和第二内孔组位于连接轴的相对两侧，各个内孔沿轴向贯穿于第一蛇骨关节。

11、上述技术方案中，内孔可以供牵拉结构的牵引绳布置穿设并将相邻两个第一蛇骨关节进行连接，提高了第一柔性关节的整体性，并且通过将第一蛇骨关节中内孔的数量设为四个，四个内孔中分为第一内孔组和第二内孔组，这样在牵拉结构的牵引绳的驱动作用下，可以使得第一蛇骨关节具有两个相对方向的角度调整。

12、在一些实施例中，相邻两个第一蛇骨关节的连接轴在第一蛇骨关节的周向上呈错位分布。

13、上述技术方案中，通过将相邻两个第一蛇骨关节的连接轴在第一蛇骨关节的周向上呈错位分布，使得第一柔性关节中的多个第一蛇骨关节的转动可以呈环形分布，类似于麻花状，使得第一柔性关节的角度调节范围更大。

14、在一些实施例中，末端大臂与末端前臂之间设置有第二柔性关节，第二柔性关节包括多个第二蛇骨关节，多个第二蛇骨关节依次分布于末端大臂与末端前臂之间，第二蛇骨关节与第一蛇骨关节结构相同。

15、上述技术方案中，通过在末端大臂与末端前臂之间设置有第二柔性关节，第二柔性关节和第二柔性关节共同配合，能够增大末端器械模块的角度调节范围，使得末端器械模块的角度调节的灵活性更强。

16、在一些实施例中，直线驱动模块为多级伸缩单元。

17、上述技术方案中，通过将直线驱动模块采用为多级伸缩单元，使得末端器械模块的伸缩行程更长，能够弥补多轴协作机械臂的行程，使得柔性手术机器人的适用范围更广。

18、在一些实施例中，直线驱动模块为两级伸缩单元，直线驱动模块包括电机底座、驱动电机、齿轮、第一带轮、第一传动带、第一移动平台、第二带轮、第二传动带和第二移动平台，电机底座安装于底盘，驱动电机安装于电机底座，驱动电机的驱动端与齿轮啮合，啮合与第一带轮同轴连接，第一移动平台上设置有第一滑块，第一移动平台通过第一滑块与第一传动带连接，驱动电机转动用于驱动第一移动平台沿第一方向移动，第二带轮分别设置于第一移动平台和第二移动平台上，第二传动带设置于两个第二带轮之间，第二移动平台上设置有第二滑块，第二滑块与第二传动带连接，以用于带动第二移动平台沿第一方向移动。

19、上述技术方案中，通过将直线驱动模块采用为两级伸缩单元，电机带动齿轮转动，齿轮同轴连接于第一带轮，第一带轮转动进而带动第一传动带动作，由于第一移动平台通过第一滑块与第一传动带连接，第一传动带设置有第一滑块，从而带动第一移动平台运动，而第二移动平台上设置有第二滑块，第二滑块与第二传动带连接，当电机启动，能够带动第一传动带动作，第一传动带能够带动第二传动带实现二级传动，第二传动带动作带动第二移动平台动作，从而实现二级伸缩。

20、在一些实施例中，直线驱动模块还包括第一导向柱，第一导向柱的数量设为两根，两根第一导向柱设置于电机底座上，第一导向柱用于引导第一移动平台沿第一方向移动；第一移动平台设置有第二导向柱，第二导向柱的数量设为两根，两根第二导向柱用于引导第二移动平台在第一移动平台上沿第一方向移动，牵拉结构安装于第二移动平台。

21、上述技术方案中，通过第一导向柱能够给第一移动平台动作提供导向作用，使得第一移动平台的运动更加稳定，通过在第一移动平台设置有第二导向柱，第二导向柱可以引导第二移动平台在第一移动平台上沿第一方向移动，而牵拉结构安装于第二移动平台，从而实现牵拉结构的二级伸缩，伸缩过程稳定性好，精度高。

22、本技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。