【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医疗设备，特别是涉及一种微创手术的绳牵引连续体机器人。
技术介绍
1、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。为了在狭小的空间内精确操作，微创手术器械需要具备足够的灵活性，以适应不同部位和角度的手术需求。超高的灵巧性使连续体机器人广泛应用于腹腔镜和胸腔镜等各个医学领域。传统的连续式连续体机器人主要利用材料自身的弹性来实现弯曲变形，整体结构完整，具有平滑的弯曲曲线和良好的柔顺性，但其结构刚度较小，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，进而导致运动精确性控制难度较大。另一方面，虽然离散关节式连续体一般具有轴向刚度大、负载性能良好、加工难度小等优势，但是由于关节的离散化设计，使得连续体的运动精确性很大程度上受离散关节之间的加工装配精度和运动副之间摩擦的影响，导致其离散式连续体的常曲率性能和柔顺性较差，难以实现精准控制。
2、cn202111177206.8公开了一种凸轮辅助的柔性连续体机器人单元及机器人，由多个凸轮辅助的机器人单元组成，每个单元包括上、下单元块及柔性结构，并通过凸轮高副辅助运动。凸轮高副由上单元块的滑动支点和下单元块的凸轮型接触辅助构成，两者相切配合。柔性结构设置于单元块间，实现柔性连接。单元块外围有穿线通孔用于线驱动。多个单元交错排布，驱动线穿过通孔连接形成机器人。该连续体机器人通过驱动线施加压力于末端，使相邻单元块间受压并绕圆柱型接触辅助单元转动，同时柔性结构发生
3、虽然该连续体机器人结构具有较好的连续性和灵活性，但是由于需要通过多个单元块和柔性结构进行连接，导致整体结构复杂，增加了制造和组装的难度。同时，柔性结构和凸轮高副可能引入一定的变形和误差，影响机器人的精确性和稳定性，并且机器人的变形范围可能受到限制，无法在所有方向和角度实现自由变形。
4、cn202310151092.2公开了一种球窝关节及离散式连续体及微创手术机器人，该连续体机器人包含多个通过驱动丝串联的球窝关节，每个关节通过球座与球窝腔及球形销与球销滑槽的配合实现灵活连接，还包含末端关节和关节底座以及用作弹性骨架的镍钛合金丝。该连续体机器人的工作原理基于多个串联的球窝关节，通过球座与球窝腔的间隙配合以及球形销在球销滑槽内的滑动配合，实现关节间的稳定连接和灵活弯曲。关节的串联和中央孔道的形成使得机器人能够适用于创手术，通过近端驱动装置的驱动，机器人能够进行两自由弯曲运动，完成复杂的手术操作。
5、但是，该连续体机器人在结构方面仍存在一些缺陷和不足。其中，虽然球形销与球销滑槽的结构优化了摩擦阻力，但在长期运作中，仍有可能出现磨损现象，这将对关节的灵活性及定位精度造成负面影响。此外，该装置所需驱动绳索的数量较多，导致控制系统的复杂度增加。在复杂多变的操作环境中，该机器人的弯曲形态较为单一，可能无法有效到达预定的复杂空间位置。
技术实现思路
1、针对上述技术问题，在满足尺寸要求的前提下，本专利技术提供了一种灵巧性高、顺应性好、负载能力及抗扭刚度强的交叉排列的多关节绳牵引连续体机器人，为医疗机械在微创手术领域的广泛应用打下了坚实基础。
2、具体而言，本申请提供了如下技术方案：
3、一种交叉排列的多关节绳牵引连续体机器人，包括由上至下依次排列的多个球形关节，所述球形关节的上部为球头、下部为柱体，且所述球头与所述柱体的中部设有沿轴向方向上下贯通的中心孔，所述柱体的底部中央设有球座；
4、所述柱体的侧面沿周向方向均布有多个凸出部，所述凸出部的中部设有上下贯通的凸出部通孔，相邻两个凸出部之间形成凹槽；
5、按照由上至下的顺序，所有位于奇数位的球形关节中凸出部的位置分别上下正对呈垂直排列，所有位于偶数位的球形关节中凸出部的位置分别上下正对呈垂直排列，所有位于奇数位的球形关节中凸出部的位置与所有位于偶数位的球形关节中凹槽的位置分别上下正对呈垂直排列；
6、所有位于奇数位的球形关节中处于同一垂向上的凸出部中穿设有长绳；所有位于偶数位的、且位于连续体机器人的下半部分的球形关节中处于同一垂向上的凸出部中穿设有短绳。
7、进一步的，相邻两个球形关节中位于下方的球形关节的球头与位于上方的球形关节的球座间隙配合连接，所述球头可在球座内扭转滑动。
8、进一步的，所述柱体的侧面沿周向方向均布有三个凸出部，三个凸出部分别为第一凸出部、第二凸出部和第三凸出部；相邻两个凸出部之间形成凹槽，所述凹槽数量为3个；
9、按照由上至下的顺序，所有位于奇数位的球形关节中的第一凸出部、第二凸出部和第三凸出部的位置分别上下正对呈垂直排列，所有位于偶数位的球形关节中的第一凸出部、第二凸出部和第三凸出部的位置分别上下正对呈垂直排列；所有位于奇数位的球形关节的三个凸出部的位置与所有位于偶数位的球形关节的三个凹槽的位置分别上下正对呈垂直排列；
10、所有位于奇数位的球形关节中的第一凸出部的凸出部通孔、第二凸出部的凸出部通孔和第三凸出部的凸出部通孔中分别穿设有长绳；所有位于偶数位的、且位于连续体机器人的下半部分的球形关节中的第一凸出部的凸出部通孔、第二凸出部的凸出部通孔和第三凸出部的凸出部通孔中分别穿设有短绳。
11、进一步的，所述三个凹槽分别为第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽；位于奇数位的球形关节中的第一凸出部与位于偶数位的球形关节的第一凹槽相正对，位于奇数位的球形关节中的第二凸出部与位于偶数位的球形关节的第二凹槽相正对，位于奇数位的球形关节中的第三凸出部与位于偶数位的球形关节的第三凹槽相正对。
12、进一步的，位于奇数位的球形关节的第一凸出部中穿设的长绳沿位于偶数位的球形关节的第一凹槽穿过；位于奇数位的球形关节的第二凸出部中穿设的长绳沿位于偶数位的球形关节的第二凹槽穿过；位于奇数位的球形关节的第三凸出部中穿设的长绳沿位于偶数位的球形关节的第三凹槽穿过。
13、进一步的，所述凸出部为横截面呈近似梯形的凸台，其高度与所述柱体的高度相等。所述凸出部的外侧面为弧形曲面。
14、与现有技术相比，本专利技术的交叉排列的多关节绳牵引连续体机器人至少具有以下有益效果：
15、(1)本专利技术交叉排列的多关节绳牵引连续体机器人采用球形关节与球座间隙配合的连接方式使得装置的抗扭刚度大、承载能力强、结构稳定性好，为医疗机械在微创手术领域的广泛应用打下坚实基础。
16、(2)本专利技术用于离散连续体关节的创新式的交叉串联排列方式，使得穿过每个离散关本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种交叉排列的多关节绳牵引连续体机器人，其特征在于：包括由上至下依次排列的多个球形关节(1)，所述球形关节(1)的上部为球头(2)、下部为柱体，且所述球头(2)与所述柱体的中部设有沿轴向方向上下贯通的中心孔(10)，所述柱体的底部中央设有球座(3)；
2.根据权利要求1所述的交叉排列的多关节绳牵引连续体机器人，其特征在于：相邻两个球形关节(1)中位于下方的球形关节(1)的球头(2)与位于上方的球形关节(1)的球座(3)间隙配合连接，所述球头(2)可在球座(3)内扭转滑动。
3.根据权利要求2所述的交叉排列的多关节绳牵引连续体机器人，其特征在于：所述柱体的侧面沿周向方向均布有三个凸出部，三个凸出部分别为第一凸出部(4)、第二凸出部(5)和第三凸出部(6)；相邻两个凸出部之间形成凹槽，所述凹槽数量为3个；
4.根据权利要求3所述的交叉排列的多关节绳牵引连续体机器人，其特征在于：所述三个凹槽分别为第一凹槽(7)、第二凹槽(8)和第三凹槽(9)；位于奇数位的球形关节(1)中的第一凸出部(4)与位于偶数位的球形关节(1)的第一凹槽(7)相正对，位于奇
5.根据权利要求4所述的交叉排列的多关节绳牵引连续体机器人，其特征在于：位于奇数位的球形关节(1)的第一凸出部(4)中穿设的长绳(12)沿位于偶数位的球形关节(1)的第一凹槽(7)穿过；位于奇数位的球形关节(1)的第二凸出部(5)中穿设的长绳(12)沿位于偶数位的球形关节(1)的第二凹槽(8)穿过；位于奇数位的球形关节(1)的第三凸出部(6)中穿设的长绳(12)沿位于偶数位的球形关节(1)的第三凹槽(9)穿过。
6.根据权利要求1所述的交叉排列的多关节绳牵引连续体机器人，其特征在于：所述凸出部为横截面呈近似梯形的凸台，其高度与所述柱体的高度相等。
7.根据权利要求6所述的交叉排列的多关节绳牵引连续体机器人，其特征在于：所述凸出部的外侧面为弧形曲面。
...【技术特征摘要】
1.一种交叉排列的多关节绳牵引连续体机器人，其特征在于：包括由上至下依次排列的多个球形关节(1)，所述球形关节(1)的上部为球头(2)、下部为柱体，且所述球头(2)与所述柱体的中部设有沿轴向方向上下贯通的中心孔(10)，所述柱体的底部中央设有球座(3)；
2.根据权利要求1所述的交叉排列的多关节绳牵引连续体机器人，其特征在于：相邻两个球形关节(1)中位于下方的球形关节(1)的球头(2)与位于上方的球形关节(1)的球座(3)间隙配合连接，所述球头(2)可在球座(3)内扭转滑动。
3.根据权利要求2所述的交叉排列的多关节绳牵引连续体机器人，其特征在于：所述柱体的侧面沿周向方向均布有三个凸出部，三个凸出部分别为第一凸出部(4)、第二凸出部(5)和第三凸出部(6)；相邻两个凸出部之间形成凹槽，所述凹槽数量为3个；
4.根据权利要求3所述的交叉排列的多关节绳牵引连续体机器人，其特征在于：所述三个凹槽分别为第一凹槽(7)、第二凹槽(8)和第三凹槽(9)；位于奇数位的球形关节(1)中的第一凸出部(4)与位...
【专利技术属性】
技术研发人员：李静，陈原，崔运帅，
申请(专利权)人：威海职业学院威海市技术学院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。