可分离多臂软体机械臂装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可分离多臂软体机械臂装置，包括功能分手臂部分、固定总手臂部分以及支撑部分；所述功能分手臂部分以及固定总手臂部分均采用人体硅胶材质；所述固定总手臂部分连接在功能分手臂部分的后端，为功能分手臂部分提供强度支持，并与功能分手臂部分共同形成机械臂本体；所述支撑部分纵向贯穿于机械臂本体，并位于机械臂本体的轴心位置，用于支撑机械臂本体。本发明专利技术依靠拉线驱动，线驱操纵方式控制简单可靠，安全柔软对于身体组织不构成伤害，且柔性结构具有弹性可以吸收由身体组织运动带来的震动，减少手术过程中患者生理运动对于手术装置操纵性的影响；代替传统的直接手术操作，以期达到创伤小、恢复快的手术效果。

【技术实现步骤摘要】
可分离多臂软体机械臂装置
本专利技术涉及医疗软体机械臂
，具体是一种用于单切口手术的可分离多臂软体机械臂装置。
技术介绍
目前应用于临床的医疗手术机器人系统大多基于内窥镜手术原理，分为无创手术系统与微创手术系统。无创手术系统的手术工具通过人体自然腔道进入患者体内，而无需在手术部位附近体表开口，可以最大限度的实现手术的微创。如美国的X2RoboticSystem作为成熟的无创手术系统，已经在多国进入临床应用。但由于无创手术操作需要通过狭长复杂的人体腔道，操作难度高；且无创手术到达病灶前可能需要对健康身体组织进行穿刺操作，如对左心房进行消融手术，需经下腔静脉进入体内，从右心房刺穿进入左心房，将对患者引起其他附加伤害。单切口的微创手术，目前作为一种治疗方式得到更多患者及医生的认可。如基于ThedaVinciSP系统的单孔腹腔镜手术，即是通过1.5cm～4cm的小切口置入多个穿刺器或一个带有多个操作孔道的穿刺器，利用孔道内手术器械的完成手术操作。但该系统较为笨重，灵活性差。应对以上问题，M.Piccigallo等人提出SPRINT系统，该系统通过机械臂内的微型电机实现关节的扭转弯曲运动，模仿人类手臂运动，实现一个6自由度的单孔内窥镜手术系统。机构体积虽然得到改善，但灵活性不足，仅含有一个手术器械，完成单一的手术操作。于是，对医生的双手进行仿生设计，双臂机器人及多臂机器人成为近期医疗手术机器人的发展趋势。如东京大学的单孔内窥镜手术机器人，为双臂机器人的案例之一，依靠反旋向螺钉的旋转完成关节转动控制，可以达到3-5个自由度的控制，但是该系统的可操作的角度小，故工作空间较小，可达范围局限。为解决上述困难，柔性连续体多机械臂机器人应运而生。国内专利申请号为201410206379.1的单孔腹腔镜微创手术机器人系统，通过镍钛合金驱动线驱动机械臂弯曲伸缩等运动，完成空间多自由度的运动操作。但其结构及驱动复杂，单手臂的驱动线达19根，控制难度大。另外该系统的机构复杂，连续体机械臂从鞘体中伸出收缩动作可能由于异物等的进入受阻，从而影响机构的正常运行。且机构虽然为柔性连续体，但是相对于人体组织该机械臂材料仍然较为坚硬，可能会在进入体内阶段对身体组织有碰触损伤。
技术实现思路
本专利技术针对现有单孔内窥镜系统中存在的上述不足，提供了一种可分离多臂软体机械臂装置，该可分离多臂软体机械臂装置是一种拥有任意自由度的软体多臂机器人。本专利技术是通过以下技术方案实现的。一种可分离多臂软体机械臂装置，包括功能分手臂部分、固定总手臂部分以及支撑部分；其中：所述功能分手臂部分以及固定总手臂部分均采用人体硅胶材质；所述固定总手臂部分连接在功能分手臂部分的后端，为功能分手臂部分提供强度支持，并与功能分手臂部分共同形成机械臂本体；所述支撑部分纵向贯穿于机械臂本体，并位于机械臂本体的轴心位置，用于支撑机械臂本体。优选地，所述可分离多臂软体机械臂装置还包括固定基座，所述固定基座上安装有驱动电机；其中：所述机械臂本体通过固定总手臂部分与固定基座相连接；所述功能分手臂部分和支撑部分分别与固定基座相连接，并通过驱动电机的驱动实现动作控制。优选地，所述功能分手臂部分的分手臂包括：第一操作分手臂、第二操作分手臂以及视觉分手臂三个分手臂；其中，所述第一操作分手臂和第二操作分手臂均内嵌手术工具，所述视觉分手臂内嵌CCD摄像机；三个分手臂之间依靠磁块彼此吸合，在经单切口进入阶段，三个分手臂为收拢姿态，呈圆柱体；三个分手臂分别拥有独立的扇形控制板，每一个分手臂的扇形控制板均连接有三根分手臂牵引线，每一个分手臂的分手臂牵引线均能够单独控制。优选地，所述分手臂牵引线的另一端分别与固定基座上的驱动电机驱动连接；当到达靶器官时，驱动电机拉动分手臂牵引线克服磁块吸合力使三个分手臂彼此分离；通过单独控制每一个分手臂的分手臂牵引线，进而控制分手臂的独立弯曲收缩动作，完成手术操作。优选地，所述视觉分手臂在经单切口进入阶段朝向行进方向，内嵌CCD摄像机为功能分手臂部分的定位导航提供影像支持；当到达靶器官时，视觉分手臂与两个操作分手臂分离完成不同视角的靶器官观察诊断，辅助两个操作分手臂的手术操作。优选地，所述手术工具包括消融头、活检钳、超声探针或能量型手术刀；所述手术工具和CCD摄像机的连接线分别与固定基座相连接。优选地，所述支撑部分包含三爪形端架、端架牵引线以及柔性支撑轴；其中：所述三爪形端架设置于机械臂本体上功能分手臂部分一端的端部；所述柔性支撑轴为具有一定刚性特性的柔性连续体，柔性支撑轴的一端连接于三爪形端架的中心位置，柔性支撑轴的另一端穿过机械臂本体，并与固定基座相连；柔性支撑轴在一定弯曲范围内可以恢复原有形状，为机械臂本体提供支撑；所述端架牵引线的一端固定于三爪形端架的顶端，端架牵引线的另一端穿过功能分手臂部分的分手臂之间的空隙，并与固定基座上的驱动电机相连；当机械臂本体经单切口进入时，通过固定基座上的驱动电机牵拉端架牵引线完成机械臂本体的弯曲转向控制。优选地，所述支撑部分还包含LED照明单元，所述LED照明单元嵌装在三角形端架的前端端面上，为视觉分手臂提供辅助照明；在手术操作阶段，通过牵拉端架牵引线完成LED照明单元的照明角度调整。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、功能分手臂部分与固定总手臂部分均采用人体硅胶制成，人体硅胶在温度范围-65℃-200℃下可长期使用并保持其柔软弹性性能，环保无毒，通过SGS环保无毒认证，具有优良的电性能和化学稳定性，耐水、耐臭氧、耐气候老化，无腐蚀性，具有生理惰性，无毒无味，线收缩率低，易操作等特点，可安全可靠的应用于医疗领域；2、依靠拉线驱动，线驱操纵方式控制简单可靠，安全柔软对于身体组织不构成伤害，且柔性结构具有弹性可以吸收由身体组织运动带来的震动，减少手术过程中患者生理运动对于手术装置操纵性的影响；3、本专利技术可以应用于医疗手术领域，代替传统的直接手术操作，以期达到创伤小、恢复快的手术效果。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1是本专利技术整体结构收拢状态概略图；图2是支撑部分示意图；图3是图1功能分手臂部分透视图；图4是本专利技术整体结构展开状态概略图；图5是图3视觉分手臂控制示意图；图6是分手臂扇形控制板分布示意图；图7是图6扇形控制板示意图。图中，1为功能分手臂部分，2为固定分手臂部分，3为支撑部分，4为三爪形端架，5为柔性支撑轴，6为第一端架牵引线，7为第二端架牵引线，8为第三端架牵引线，9为LED照明单元，10为操作分手臂，11为视觉分手臂，12为嵌入手术工具，13为CCD摄像机，14为磁块，15为扇形控制板，16为分手臂牵引线。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本专利技术的保护范围。实施例本实施例提供了一种可分离多臂软体机械臂装置，包括：功能分手臂部分，所述功能分手臂部分包括功能分手臂部分以及视觉分手臂部分。所述功能分手臂以及视觉分手臂可通过分手臂牵引线分别控制。理论分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可分离多臂软体机械臂装置，其特征在于，包括功能分手臂部分、固定总手臂部分以及支撑部分；其中：所述功能分手臂部分以及固定总手臂部分均采用人体硅胶材质；所述固定总手臂部分连接在功能分手臂部分的后端，为功能分手臂部分提供强度支持，并与功能分手臂部分共同形成机械臂本体；所述支撑部分纵向贯穿于机械臂本体，并位于机械臂本体的轴心位置，用于支撑机械臂本体。

【技术特征摘要】
1.一种可分离多臂软体机械臂装置，其特征在于，包括功能分手臂部分、固定总手臂部分以及支撑部分；其中：所述功能分手臂部分以及固定总手臂部分均采用人体硅胶材质；所述固定总手臂部分连接在功能分手臂部分的后端，为功能分手臂部分提供强度支持，并与功能分手臂部分共同形成机械臂本体；所述支撑部分纵向贯穿于机械臂本体，并位于机械臂本体的轴心位置，用于支撑机械臂本体；所述可分离多臂软体机械臂装置还包括固定基座，所述固定基座上安装有驱动电机；其中：所述机械臂本体通过固定总手臂部分与固定基座相连接；所述功能分手臂部分和支撑部分分别与固定基座相连接，并通过驱动电机的驱动实现动作控制；所述支撑部分包含三爪形端架、端架牵引线以及柔性支撑轴；其中：所述三爪形端架设置于机械臂本体上功能分手臂部分一端的端部；所述柔性支撑轴为柔性连续体，柔性支撑轴的一端连接于三爪形端架的中心位置，柔性支撑轴的另一端穿过机械臂本体，并与固定基座相连；柔性支撑轴在一定弯曲范围内可以恢复原有形状，为机械臂本体提供支撑；所述端架牵引线的一端固定于三爪形端架的顶端，端架牵引线的另一端穿过功能分手臂部分的分手臂之间的空隙，并与固定基座上的驱动电机相连；当机械臂本体经单切口进入时，通过固定基座上的驱动电机牵拉端架牵引线完成机械臂本体的弯曲转向控制。2.根据权利要求1所述的可分离多臂软体机械臂装置，其特征在于，所述功能分手臂部分的分手臂包括：第一操作分手臂、第二操作分手臂以及视觉分手臂三个分手臂；其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈卫东，王贺升，刘雨霆，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31