本发明专利技术涉及一种柔性连续体及ERCP手术用抬钳器及微创手术机器人，所述柔性连续体包括多个刚性段，其中：任意相邻两个刚性段之间连接设置呈弹簧状的螺旋段；多个所述螺旋段包括多个顺时针螺旋段以及多个逆时针螺旋段，所述顺时针螺旋段与逆时针螺旋段呈交替布置；各个所述螺旋段的中空内部配合设置有与相邻两个刚性段相连接的球面副离散关节，所述球面副离散关节由多个相互之间以球面接触的方式进行连接的球窝关节构成，所述螺旋段分别缠绕于多个所述球窝关节上。本发明专利技术所述柔性连续体与传统微创手术机器人用远端柔性关节相比，能够有效减少和防止弯曲变形中对末端定位精度有较大影响的轴向压缩情况，并具有较好的弯曲性能和负载能力。和负载能力。和负载能力。
【技术实现步骤摘要】
一种柔性连续体及ERCP手术用抬钳器及微创手术机器人
[0001]本专利技术涉及医疗器械领域，具体涉及一种柔性连续体及ERCP手术用抬钳器及微创手术机器人。
技术介绍
[0002]机器人辅助ERCP手术(经内镜逆行性胰胆管造影术)因相比于传统开放型外科手术具有创伤小、手术时间短、安全性高、术后恢复快等优点，是目前业内公认的诊断胰胆管疾病的金标准。但是，由于ERCP手术部位位于消化系统深处，因此相比于其他应用柔性内镜技术的消化内科手术，操作难度更大，对于医生而言学习曲线更长，使目前实施ERCP手术仍具有许多局限性，具体体现在以下两个方面：
[0003](1)ERCP手术机器人远端柔性关节主要采用连续体结构。国内外的研究人员已经对连续体的构型进行了大量研究。根据其构型，连续体可以分为离散关节式连续体结构和连续式连续体结构；其中：离散关节式连续体结构具有刚度较大、负载能力较高、加工难度较小等优势，但由于关节离散化的设计，导致其恒曲率特性和柔顺性较差，并且运动的精确性很大程度上受加工装配精度和运动副之间摩擦的影响；连续式连续体结构由于其结构连续完整，具有柔顺性和恒曲率特性好的优势，但其刚度较小，难以承受较大的负载，并且在弯曲变形过程中会引起轴向收缩，导致精确控制困难。
[0004]目前，可应用于胰胆部位疾病诊治的连续体机器人较少，并且多数连续体结构不能同时具备较好的灵活性和较高的负载能力，进而使得在内镜介入过程中可能会导致患者发生穿孔、出血、胰腺炎等并发症，对患者的生命安全带来一定的威胁。
[0005](2)ERCP手术难点主要发生于手术步骤中第二阶段插入内镜至十二指肠降部以及第三阶段通过乳头插入导丝导管。该难点一方面是由于内镜末端灵活性差、负载能力不足，另一方面主要是由于目前用于ERCP手术的商业化内镜末端抬钳器具有一定局限性，其一，抬钳器通过镊调位器调整插管角度，只具有单一自由度，自由度缺乏、运动精度有限；其二，抬钳器结构复杂造成清洁消毒困难，可能引起外因性感染。因此，有必要开发一种内镜末端配有多自由度抬钳器的连续体机器人系统，以提高手术效率、降低手术难度及降低手术风险和二次伤害的可能性。
技术实现思路
[0006]基于现有ERCP手术机器人存在的上述缺陷和不足，本专利技术的目的之一是提供一种弯曲变形性能好，同时具有较高抗轴向压缩能力及负载能力的柔性连续体，该柔性连续体应用于ERCP手术机器人远端时，可以有效提高末端关节的控制精度，进而降低手术难度及手术风险。
[0007]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种柔性连续体，包括多个刚性段，其中：
[0008]任意相邻两个刚性段之间连接设置呈弹簧状的螺旋段；
[0009]多个所述螺旋段包括多个顺时针螺旋段以及多个逆时针螺旋段，所述顺时针螺旋段与逆时针螺旋段呈交替布置；
[0010]各个所述螺旋段的中空内部配合设置有与相邻两个刚性段相连接的球面副离散关节，所述球面副离散关节由多个相互之间以球面接触的方式进行连接的球窝关节构成，所述螺旋段分别缠绕于多个所述球窝关节上。
[0011]进一步地，所述球窝关节包括凹球面以及关节主体，所述凹球面开设于关节主体上，并在关节主体上限定开口，所述关节主体上设置有凸球面；多个所述球窝关节之间，前一个球窝关节的凸球面与后一个球窝关节的凹球面以曲面接触的方式进行配合连接。
[0012]作为优选，所述顺时针螺旋段的设置数量与逆时针螺旋段的设置数量相同，且顺时针螺旋段中的弹簧圈数及节距与逆时针螺纹段中的弹簧圈数及节距相同。
[0013]作为优选，所述柔性连续体可由3D打印技术一体加工成型。
[0014]本专利技术还提供了一种ERCP手术用抬钳器，与上述柔性连续体一端相连接，所述抬钳器可改变微创手术用导管或导丝的抬升角度，包括内壳、内滑块；其中：
[0015]所述内滑块嵌设于内壳内，并可在外力推拉作用下，相对于内壳进行前后移动；
[0016]所述内壳上装配有第一滚子，内滑块上装配有第二滚子，所述第一滚子与第二滚子的中心轴线相互平行并分别与内壳的中心轴线垂直相交于一点；
[0017]所述导管或导丝一端与第二滚子的下部接触，另一端穿引至抵靠在第一滚子的上部。
[0018]作为优选，所述抬钳器还包括外壳，所述内壳嵌设于外壳内，并与外壳转动连接；所述内滑块可在外力作用下带动内壳相对于外壳进行旋转。
[0019]作为优选，所述内滑块上固定有钢丝软轴，所述钢丝软轴通过柔性连续体的内部中央孔道穿引至与旋转驱动装置相连接，所述旋转驱动装置包括旋转驱动电机，所述旋转驱动电机与第一滚珠丝杆相连接，第一滚珠丝杆上螺纹配合有第一导轨滑块，第一导轨滑块滑配安装于直线导轨上；所述钢丝软轴与第一导轨滑块相连接。
[0020]在上述柔性连续体及抬钳器的基础上，本专利技术还提供一种微创手术机器人，其中：所述柔性连续体的另一端与近端驱动装置相连接，且柔性连续体上沿圆周方向均匀布设有至少四根连接各关节的驱动丝，至少四根所述驱动丝两两为一组，每组所述驱动丝可在近端驱动装置驱动下，控制柔性连续体实现一个方向上的弯曲运动。
[0021]进一步地，所述近端驱动装置包括安装框架、至少两组丝驱动部件以及至少两个驱动电机；其中：
[0022]至少两组丝驱动部件分别转动设置于安装框架上；
[0023]所述丝驱动部件包括两个驱动丝缠绕轮以及驱动电机连接轴；两个所述驱动丝缠绕轮中：一个设置有正向螺纹段，另一个设置有反向螺纹段；两个所述驱动丝缠绕轮分别通过顶丝固定于驱动电机连接轴上，所述驱动电机连接轴由对应的驱动电机驱动旋转；
[0024]至少两组所述驱动丝分别缠绕于两组丝驱动部件上，且每组中的两根驱动丝分别缠绕于设置正向螺纹段的驱动丝缠绕轮上和设置反向螺纹段的驱动丝缠绕轮上。
[0025]作为优选，所述近端驱动装置设置于整体进给驱动模块上，所述整体进给驱动模块包括模块框架、进给驱动电机以及第二滚珠丝杠；其中：
[0026]模块框架上设有线性导轨，线性导轨上滑配安装第二导轨滑块；
[0027]进给驱动电机与第二滚珠丝杠相连接；
[0028]第二滚珠丝杠转动设置于模块框架上，且第二滚珠丝杠上螺纹配合有前支架；
[0029]所述前支架固定于第二导轨滑块上，并与近端驱动装置的安装框架相连接。
[0030]本专利技术同现有技术相比具有以下优点及效果：
[0031]1、与传统微创手术机器人用远端柔性关节相比，本专利技术提供的柔性连续体具有以下优势：
[0032](a)所述连续体采用交替设置的弹簧状螺旋段和刚性段作为主要弯曲变形区域；其中：若干刚性段的设置既确保了柔性关节工作空间的设计需求，也可为柔性关节的负载能力提供更多的支持；同时，若干设置于任意相邻两个刚性段之间的弹簧状螺旋段，可使得连续体具有更长的疲劳寿命和更好的弯曲变形重复性；
[0033](b)所述连续体的多个弹簧状螺旋段中，顺时针螺旋段和逆时针螺旋段呈交替布本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种柔性连续体，其特征在于，包括多个刚性段，其中：任意相邻两个刚性段之间连接设置呈弹簧状的螺旋段；多个所述螺旋段包括多个顺时针螺旋段以及多个逆时针螺旋段，所述顺时针螺旋段与逆时针螺旋段呈交替布置；各个所述螺旋段的中空内部配合设置有与相邻两个刚性段相连接的球面副离散关节，所述球面副离散关节由多个相互之间以球面接触的方式进行连接的球窝关节构成，所述螺旋段分别缠绕于多个所述球窝关节上。2.根据权利要求1所述的柔性连续体，其特征在于，所述球窝关节包括凹球面以及关节主体，所述凹球面开设于关节主体上，并在关节主体上限定开口，所述关节主体上设置有凸球面；多个所述球窝关节之间，前一个球窝关节的凸球面与后一个球窝关节的凹球面以曲面接触的方式进行配合连接。3.根据权利要求2所述的柔性连续体，其特征在于，所述顺时针螺旋段的设置数量与逆时针螺旋段的设置数量相同，且顺时针螺旋段中的弹簧圈数及节距与逆时针螺纹段中的弹簧圈数及节距相同。4.根据权利要求1所述的柔性连续体，其特征在于，所述柔性连续体可由3D打印技术一体加工成型。5.一种ERCP手术用抬钳器，与权利要求1至4任一所述柔性连续体一端相连接，其特征在于，所述抬钳器可改变微创手术用导管或导丝的抬升角度，包括内壳、内滑块；其中：所述内滑块嵌设于内壳内，并可在外力推拉作用下，相对于内壳进行前后移动；所述内壳上装配有第一滚子，内滑块上装配有第二滚子，所述第一滚子与第二滚子的中心轴线相互平行并分别与内壳的中心轴线垂直相交于一点；所述导管或导丝一端与第二滚子的下部接触，另一端穿引至抵靠在第一滚子的上部。6.根据权利要求5所述的抬钳器，其特征在于，所述抬钳器还包括外壳，所述内壳嵌设于外壳内，并与外壳转动连接；所述内滑块可在外力作用下带动内壳相对于外壳进行旋转。7.根据权利要求6所述的抬钳...
【专利技术属性】
技术研发人员：王树新，史超阳，冷勃翰，宋德智，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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