一种面向肺部介入活检的多自由度柔性连续体机器人制造技术

本发明专利技术提供一种面向肺部介入活检的多自由度连续体机器人。包括：两级主动介入连续体、被动介入连续体、介入导向模块、介入推送模块。其中的两级主动介入连续体采用切口式镍钛合金，可完成主动介入的全维度的弯曲运动。在肺部介入活检时，介入连续体由介入导向模块通过拉伸放松驱动丝实现全维度的弯曲运动并可完成S型的复杂弯曲操作，从而实现肺部介入活检的主动介入导向功能；被动介入连续体模块固接在介入导向模块上，介入导向模块再与介入推送模块相连，介入连续体由介入推送模块实现递送和回退的操作，从而可实现肺部介入活检的推送功能，使柔性连续体机器人灵巧柔顺的介入肺部，本发明专利技术具有结构紧凑、柔顺性好、自锁能力强等优点。等优点。等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种面向肺部介入活检的多自由度柔性连续体机器人


[0001]本专利技术涉及医疗器械领域，尤其涉及面向肺部介入活检的多自由度柔性连续体机器人。

技术介绍

[0002]目前，肺癌是我国发病率和死亡率最高的肿瘤之一，肺部微小结节是否病变为肺癌需要肺部支气管活检确定，传统支气管镜检查中，需要医生手动插入，并且需要手动操作支气管镜的旋转，自由度有限，并且手动操作重复操作精度低。肺部支气管分支众多且腔道狭窄，能够准确灵巧地延伸介入肺部支气管到达病灶是当前肺部活检临床难点。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提供一种面向肺部介入活检的多自由度柔性连续体机器人，具体地，本专利技术是通过如下技术方案实现的：
[0004]本专利技术提供一种面向肺部介入活检的多自由度柔性连续体机器人，包括：两级主动介入连续体(100)、被动介入连续体(200)、介入导向模块(300)、介入推送模块(400)；
[0005]所述两级主动介入连续体(100)包括：第一级主动介入连续体(110)、第二级主动介入连续体(120)、驱动丝(170)和柔性骨架(180)；所述第一级主动介入连续体(110)与所述第二级主动介入连续体(120)串联连接，所述驱动丝包括第一组驱动丝和第二组驱动丝；所述第一级主动介入连续体(110)包括第一组卡丝盘；所述第二级主动介入连续体(120)包括第二组卡丝盘；所述第一组驱动丝安装在所述第一组卡丝盘上进行限位，并通过所述第二级主动介入连续体(120)，即安装在所述第二组卡丝盘上；所述第二组驱动丝安装在所述第二组卡丝盘上进行限位；所述第一组卡丝盘和第二组卡丝盘均套设在柔性骨架(180)上；所述驱动丝可在所述两级主动介入连续体(100)内进行拉伸直线运动；
[0006]所述被动介入连续体(200)包括：驱动丝通道管(230)；
[0007]所述驱动丝(170)可通过所述驱动丝通道管(230)伸入到所述介入导向模块300内；
[0008]所述介入导向模块(300)包括：驱动丝夹具(321)和伺服步进电机(330)；
[0009]所述驱动丝夹具(321)用于夹持所述驱动丝(170)，所述伺服步进电机(330)用于驱动所述驱动丝(170)运动；
[0010]所述被动介入连续体(200)的一端与所述两级主动介入连续体(100)连接，另一端与所述介入导向模块(300)固定连接，所述第一组驱动丝和第二组驱动丝能够在所述两级主动介入连续体(100)、被动介入连续体(200)和介入导向模块(300)中进行拉伸运动，从而控制所述两级主动介入连续体(100)在全维度上的主动介入运动；
[0011]所述介入推送模块(400)包括：推送伺服步进电机(410)；
[0012]所述介入导向模块(300)安装在所述介入推送模块(400)上，并通过所述推送伺服步进电机(410)推送所述介入导向模块(300)做直线往复运动。
[0013]在一些实施例中，所述第一级主动介入连续体(110)中的第一组卡丝盘包括：头部卡丝盘(130)、至少一个第一中部卡丝盘(151)；所述第二级主动介入连续体(120)中的卡丝盘包括：尾部卡丝盘(140)、至少一个第二中部卡丝盘(153)；其中第一组和第二组卡丝盘共用一个中部卡丝盘即为中部共用卡丝盘(152)；
[0014]所述两级主动介入连续体(100)还包括：间隔盘(160)；
[0015]所述第一级主动介入连续体(110)中的第一组驱动丝的一端固定安装在所述头部卡丝盘(130)上，并控制所述第一级主动介入连续体(110)运动；所述第二级主动介入连续体(120)中的第二组驱动丝的一端固定安装在中部共用卡丝盘(152)上，并控制所述第二级主动介入连续体(120)运动。
[0016]在一些实施例中，所述柔性骨架(180)为镍钛合金柔性骨架，是通过对镍钛合金管进行激光切割而成，所述镍钛合金柔性骨架(180)上具有交错60度分布的柔性倒圆直梁。
[0017]在一些实施例中，所述第一组卡丝盘和第二组卡丝盘均为圆环形结构，且圆周均匀60度分布限位通道对驱动丝进行固定和限位；
[0018]所述头部卡丝盘(130)设置卡槽结构并与所述柔性骨架(180)的端部啮合固定；所述中部卡丝盘(150)与所述柔性骨架(180)中的未切割成柔性倒圆直梁的刚性部分固定；所述间隔盘(160)为圆环形结构与所述柔性骨架(180)中的刚性部分固定并且均匀分布在各卡丝盘之间；所述尾部卡丝盘(140)内部的卡槽与柔性骨架(180)的另一端啮合固定，所述所有驱动丝通过所述尾部卡丝盘(140)内部上的限位通道。
[0019]在一些实施例中，所述被动介入连续体(200)还包括：不锈钢海波纹管(210)、被动段间隔盘(220)和柔性硅胶骨架管(240)；所述柔性硅胶骨架管(240)为支撑管，所述驱动丝通道管(230)固定在柔性硅胶骨架管(240)的外壁上；所述被动段间隔盘(220)为多个且以固定间隔地固定在柔性硅胶骨架管(240)上，并且通过固定销与不锈钢海波纹管(210)固定，所述不锈钢海波纹管(210)为所述被动介入连续体(200)的最外部管路且与所述柔性硅胶骨架管(240)同心，所述两级主动介入连续体(100)通过所述尾部卡丝盘(140)与所述被动介入连续体(200)的所述柔性硅胶骨架管(240)固定连接。
[0020]在一些实施例中，所述介入导向模块(300)还包括：被动介入连续体固定支架(350)和过线结构(310)；
[0021]所述过线结构(310)包括多个过线支架；
[0022]所述被动介入连续体(200)固定在被动介入连续体固定支架(350)上，所述驱动丝依次通过多个所述过线支架，所述过线结构(310)与所述被动介入连续体(200)的尾部固定连接，所述介入推送模块(400)实现介入导向模块(300)的直线运动，进而实现两级主动介入连续体(100)和被动介入连续体(200)的介入推送运动。
[0023]在一些实施例中，所述介入导向模块(300)还包括：滑块结构(320)；
[0024]所述滑块结构(320)包括：驱动丝夹具(321)、滑块(322)、丝杆螺母(323)；
[0025]所述驱动丝夹具(321)设置在所述滑块(322)上；所述滑块(322)通过螺钉与丝杆螺母(323)固定连接；所述伺服步进电机(330)为多个，分别固定在电机固定支架(341)上，多个所述伺服步进电机(330)的电机输出轴分别与多个联轴器(331)的一端固定连接，所述联轴器(331)的另一端与滚珠丝杆(332)连接，从而实现伺服步进电机(330)带动滚珠丝杆(332)旋转运动，并将滚珠丝杆(332)的旋转运动转化为丝杆螺母(323)的直线运动，实现对
每个驱动丝的分别独立的拉伸运动，从而控制两级主动介入连续体(100)的全维度的主动介入运动；所述滚珠丝杆(332)的另一端与轴承座(334)连接，所述轴承座(334)固定在轴承固定支架(3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向肺部介入活检的多自由度连续体机器人，其特征在于，包括：两级主动介入连续体(100)、被动介入连续体(200)、介入导向模块(300)、介入推送模块(400)；所述两级主动介入连续体(100)包括：第一级主动介入连续体(110)、第二级主动介入连续体(120)、驱动丝(170)和柔性骨架(180)；所述第一级主动介入连续体(110)与所述第二级主动介入连续体(120)串联连接，所述驱动丝包括第一组驱动丝和第二组驱动丝；所述第一级主动介入连续体(110)包括第一组卡丝盘；所述第二级主动介入连续体(120)包括第二组卡丝盘；所述第一组驱动丝安装在所述第一组卡丝盘上进行限位，并通过所述第二级主动介入连续体(120)，即安装在所述第二组卡丝盘上；所述第二组驱动丝安装在所述第二组卡丝盘上进行限位；所述第一组卡丝盘和第二组卡丝盘均套设在柔性骨架(180)上；所述驱动丝可在所述两级主动介入连续体(100)内进行拉伸直线运动；所述被动介入连续体(200)包括：驱动丝通道管(230)；所述驱动丝(170)可通过所述驱动丝通道管(230)伸入到所述介入导向模块300内；所述介入导向模块(300)包括：驱动丝夹具(321)和伺服步进电机(330)；所述驱动丝夹具(321)用于夹持所述驱动丝(170)，所述伺服步进电机(330)用于驱动所述驱动丝(170)运动；所述被动介入连续体(200)的一端与所述两级主动介入连续体(100)连接，另一端与所述介入导向模块(300)固定连接，所述第一组驱动丝和第二组驱动丝能够在所述两级主动介入连续体(100)、被动介入连续体(200)和介入导向模块(300)中进行拉伸运动，从而控制所述两级主动介入连续体(100)在全维度上的主动介入运动；所述介入推送模块(400)包括：推送伺服步进电机(410)；所述介入导向模块(300)安装在所述介入推送模块(400)上，并通过所述推送伺服步进电机(410)推送所述介入导向模块(300)做直线往复运动。2.根据权利要求1所述的面向肺部介入活检的多自由度连续体机器人，其特征在于，所述第一级主动介入连续体(110)中的第一组卡丝盘包括：头部卡丝盘(130)、至少一个第一中部卡丝盘(151)；所述第二级主动介入连续体(120)中的第二组卡丝盘包括：尾部卡丝盘(140)、至少一个第二中部卡丝盘(153)；其中第一组和第二组卡丝盘共用一个中部卡丝盘即为中部共用卡丝盘(152)；所述两级主动介入连续体(100)还包括：间隔盘(160)；所述第一级主动介入连续体(110)中的第一组驱动丝的一端固定安装在所述头部卡丝盘(130)上，并控制所述第一级主动介入连续体(110)运动；所述第二级主动介入连续体(120)中的第二组驱动丝的一端固定安装在中部共用卡丝盘(152)上，并控制所述第二级主动介入连续体(120)运动。3.根据权利要求2所述的面向肺部介入活检的多自由度连续体机器人，其特征在于，所述柔性骨架(180)为镍钛合金柔性骨架，是通过对镍钛合金管进行激光切割而成，所述镍钛合金柔性骨架(180)上具有交错60度分布的柔性倒圆直梁。4.根据权利要求3所述的面向肺部介入活检的多自由度连续体机器人，其特征在于，所述第一组卡丝盘和第二组卡丝盘均为圆环形结构，且圆周均匀60度分布限位通道对驱动丝进行固定和限位；所述头部卡丝盘(130)设置卡槽结构并与所述柔性骨架(180)的端部啮合固定；所述中
部卡丝盘(150)与所述柔性骨架(180)中的未切割成柔性倒圆直梁的刚性部分固定；所述间隔盘(160)为圆环形结构与所述柔性骨架(180)中的刚性部分固定并且均匀分布在各卡丝盘之间；所述尾部卡丝盘(140)内部的卡槽与柔性骨架(180)的另一端啮合固定，所述所有驱动丝通过所述尾部卡丝盘(140)内部上的限位通道。5.根据权利要求4所述的面向肺部介入活检的多自由度连续体机器人，其特征在于，所述被动介入连续体(200)还包括：不锈钢海波纹管(210)、被动段间隔盘(220)和柔性硅胶骨架管(240)；所述柔性硅胶骨架管(240)为支撑管，所述驱动丝通道管(230)固定在柔性硅胶骨架管(240)的外壁上；所述被动段间隔盘(220)为多个且以固定间隔地固定在柔性硅胶骨架管(240)上，并且通过固定销与不锈钢海波纹管(210)固定，所述不锈钢海波纹管(210)为所述被动介入连续体(200)的最外部管路且与所述柔性硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：边桂彬，李桢，王爽，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：