【技术实现步骤摘要】
本技术涉及机器人领域，具体涉及一种刚柔软耦合驱动食道镜检查介入机器人。
技术介绍
1、现有的自然腔道镜机器人技术主要运用于胃镜、肠镜、腹腔镜中，针对于食道镜仍采用传统的检查方式。对于传统的食道镜检查，检查器械大多为刚性结构，在进行食道检查时，器械不能与人体食道官腔较好的贴合，病人会产生明显的不适感。而在腔道镜机器人领域，传统的腔道镜机器人由刚性关节连杆组成,运动灵活性差,空间占比大,无法自由灵活的在人体自然腔道或微创切口中进行手术操作。
2、现有的连续体机器人，驱动方式主要包括sma(形状记忆合金)驱动、线驱动、单关节组合驱动，如仁川大学kim等提出了基于sma弹簧温度变化驱动的连续体机器人，但其整体尺寸较大，且由于其驱动方式导致驱动力较小，不适合参与自然腔道工作；美国卡耐基梅隆大学开发的cardio arm连续型手术机器人的连续体结构由50个刚性圆柱体构成，各关节独立且具有较高的自由度，但其直径偏大，进入人体自然腔道较为困难。
技术实现思路
1、本技术的目的在于克服上述弊端提供一种刚柔软耦合驱动食道镜检查介入机器人，该机器人引入两分段连接体作为执行器，基于柔索线驱动方式，直径小且刚性良好，具有5个运动自由度及3个机构调整自由度，可实现形态各异的空间变化，能够较好的贴合人体食道的弯曲情况。
2、为实现上述目的，本技术采用了以下技术方案：包括安装支架、置于安装支架上的驱动机构以及与驱动机构相连的执行机构，所述的执行机构包括依次设置的刚性管、末端过渡接头、末端椭
3、所述的驱动机构包括对称设置的第七柔索及第八柔索，所述第七柔索及第八柔索的中间沿圆周方向依次布置有第一柔索、第二柔索、第三柔索、第四柔索、第五柔索及第六柔索，其中：第七柔索及第八柔索贯穿末端椭圆柔性体，第一柔索、第三柔索及第五柔索贯穿中部圆柱柔性体，第二柔索、第四柔索及第六柔索依次贯穿中部圆柱柔性体及首端圆柱柔性体，上述各柔索均分别与柔索驱动装置相连，柔索驱动装置驱动各柔索伸缩以实现相应柔性体的弯曲；
4、所述的安装支架上设有与驱动机构相连的俯仰调节装置、升降调节装置以及水平调节装置，所述的俯仰调节装置包括与驱动机构相连的俯仰座，所述的俯仰座通过阶梯轴与轴承座铰接相连，所述的阶梯轴由设置在第一底板上的带轮机构驱动其转动以实现驱动机构俯仰角度的调节；所述的升降调节装置包括竖直方向布置的电动缸，所述电动缸的升降头与第一底板的下板面相固定以实现驱动机构上下位置的调节；所述的水平调节装置为滚珠丝杠机构，所述滚珠丝杠机构与用于固定电动缸的第二底板相连以实现第二底板水平位置的调节。
5、所述的末端椭圆柔性体、中部圆柱柔性体、首端圆柱柔性体均为簧片柔性体，且均为空心结构，所述的刚性管为空心管体且刚性管的一端与驱动机构相连，所述的末端过渡接头上设有与第一柔索、第二柔索、第三柔索、第四柔索、第五柔索、第六柔索、第七柔索、第八柔索相配合的通孔，所述的末端椭圆柔性体上设有与第七柔索、第八柔索相配合的通孔，所述的中部过渡接头及中部圆柱柔性体上均分别设有与第一柔索、第二柔索、第三柔索、第四柔索、第五柔索、第六柔索相配合的通孔，所述的首端圆柱柔性体及首端过渡接头上分别设有与第二柔索、第四柔索、第六柔索相配合的通孔。
6、所述的柔索驱动装置包括直线伺服电机、柔索连接支架以及相互配合的直线导轨和直线导轨滑块，所述的柔索连接支架固定在直线导轨滑块上，柔索连接支架的一端与柔索相连，柔索连接支架的另一端与直线伺服电机相连。
7、所述的驱动机构包括壳体，所述的壳体内设有相互平行且为同心结构的第一盘体、第二盘体、第三盘体、第四盘体及第五盘体，相邻两盘体之间通过连接立柱连接，所述的第五盘体上设有连接刚性管的柱状过渡接头，所述的壳体由两个半壳体对合而成。
8、所述第一盘体的中心处设有六角柱状导轨座，与第一柔索、第二柔索、第三柔索、第四柔索、第五柔索及第六柔索相配合的柔索驱动装置分别固定在六角柱状导轨座的六个面上，与第七柔索及第八柔索相配合的柔索驱动装置固定在连接立柱上；
9、所述第二盘体与第三盘体相靠近的盘面上分别设有与第一柔索、第二柔索、第四柔索、第五柔索相配合的涨紧轮机构，所述第二盘体与第三盘体相靠近的盘面上还设有与第二柔索相配合的第一导向滑轮及第二导向滑轮、与第五柔索相配合的第三导向滑轮及第四导向滑轮、与第一柔索相配合的第五导向滑轮、与第四柔索相配合的第七导向滑轮，所述第三盘体靠近第二盘体的盘面上设有与第一柔索相配合的第六导向滑轮、与第四柔索相配合的第八导向滑轮；
10、所述第三盘体与第四盘体相靠近的盘面上分别设有与第三柔索、第六柔索、第七柔索、第八柔索配合的涨紧轮机构，所述第三盘体与第四盘体相靠近的盘面上还设有分别与第三柔索、第六柔索、第七柔索、第八柔索相配合的双滑轮组，所述的双滑轮组包括固定在同一滑轮座上的上滑轮及下滑轮；所述第四盘体靠近第五盘体的盘面上分别设有与第七柔索相配合的第九导向滑轮与第十导向滑轮、与第八柔索相配合的第十一导向滑轮与第十二导向滑轮、与第三柔索相配合的第十三导向滑轮与第十四导向滑轮、与第六柔索相配合的第十五导向滑轮及第十六导向滑轮。
11、所述的涨紧轮机构包括第一直线导轨、与第一直线导轨相配合的第一滑块、固定在第一滑块上的柔索拉紧座，固定在柔索拉紧座上的涨紧滑轮，还包括通过内六角螺栓与柔索拉紧座相固定的柔索拉紧螺钉座。
12、所述的带轮机构包括通过同步带连接的第一带轮与第二带轮，所述的第一带轮固定在阶梯轴上，所述的第二带轮与电机的输出轴同轴连接，所述的电机通过电机座固定在第一底板上。
13、所述的第一带轮与第二带轮之间还设有涨紧装置，所述的涨紧装置包括涨紧带轮以及杠杆，所述杠杆的中部通过六角螺杆固定在第一底板上，所述杠杆的一端设有与涨紧带轮的轮轴相固定的轴孔，杠杆的另一端与固定在第一底板上的球销相配合。
14、所述的升降调节装置还包括平行设置在第一底板下方的导轨安装板，所述的导轨安装板与第一底板的四角处分别设有贯穿两者的升降光轴，所述第一底板的下板面设有与升降光轴相配合的升降滑块，所述电动缸的升降头贯穿导轨安装板后与第一底板的下板面相固定，电动缸的缸体上端与导轨安装板的下板面相固定，电动缸的缸体下端与第二底板相固定。
15、所述的水平调节装置包括驱动电机，驱动电机的输出轴通过梅花型联轴器与滚珠丝杠模组相连，第二底板通过工作平台模组固定在滚珠丝杠模组上，所述的水平调节装置还包括固定在安装支架上且沿水平方向布置的水平导轨，所述的导轨安装板的下板面上固定有与水平导轨相配合的水平滑块。
16、由上述技术方案可知，本技术通过八根柔索与柔索驱动装置的配合，可实现执行机构5个自由度的运动；通过俯仰调节装置、升降调节装置和水平调节装置，可以实现整个机器人俯仰角度、竖直位置及水平位置的调整。
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1.一种刚柔软耦合驱动食道镜检查介入机器人，其特征在于：包括安装支架（3）、置于安装支架（3）上的驱动机构（2）以及与驱动机构（2）相连的执行机构（1），所述的执行机构（1）包括依次设置的刚性管（11）、末端过渡接头（12）、末端椭圆柔性体（13）、中部过渡接头（14）、中部圆柱柔性体（15）、首端圆柱柔性体（16）、首端过渡接头（17）及食道镜探测器（18）；
2.根据权利要求1所述的刚柔软耦合驱动食道镜检查介入机器人，其特征在于：所述的末端椭圆柔性体（13）、中部圆柱柔性体（15）、首端圆柱柔性体（16）均为簧片柔性体，且均为空心结构，所述的刚性管（11）为空心管体且刚性管（11）的一端与驱动机构（2）相连，所述的末端过渡接头（12）上设有与第一柔索（201）、第二柔索（202）、第三柔索（203）、第四柔索（204）、第五柔索（205）、第六柔索（206）、第七柔索（207）、第八柔索（208）相配合的通孔，所述的末端椭圆柔性体（13）上设有与第七柔索（207）、第八柔索（208）相配合的通孔，所述的中部过渡接头（14）及中部圆柱柔性体（15）上均分别设有与第一
3.根据权利要求1所述的刚柔软耦合驱动食道镜检查介入机器人，其特征在于：所述的柔索驱动装置（21）包括直线伺服电机（211）、柔索连接支架（212）以及相互配合的直线导轨（213）和直线导轨滑块（214），所述的柔索连接支架（212）固定在直线导轨滑块（214）上，柔索连接支架（212）的一端与柔索相连，柔索连接支架（212）的另一端与直线伺服电机（211）相连。
4.根据权利要求1所述的刚柔软耦合驱动食道镜检查介入机器人，其特征在于：所述的驱动机构（2）包括壳体（22），所述的壳体（22）内设有相互平行且为同心结构的第一盘体（231）、第二盘体（232）、第三盘体（233）、第四盘体（234）及第五盘体（235），相邻两盘体之间通过连接立柱连接，所述的第五盘体（235）上设有连接刚性管（11）的柱状过渡接头（2351），所述的壳体（22）由两个半壳体对合而成。
5.根据权利要求4所述的刚柔软耦合驱动食道镜检查介入机器人，其特征在于：所述第一盘体（231）的中心处设有六角柱状导轨座（2311），与第一柔索（201）、第二柔索（202）、第三柔索（203）、第四柔索（204）、第五柔索（205）、第六柔索（206）相配合的柔索驱动装置（21）分别固定在六角柱状导轨座（2311）的六个面上，与第七柔索（207）及第八柔索（208）相配合的柔索驱动装置（21）固定在连接立柱上；
6.根据权利要求5所述的刚柔软耦合驱动食道镜检查介入机器人，其特征在于：所述的涨紧轮机构（24）包括第一直线导轨（241）、与第一直线导轨（241）相配合的第一滑块（242）、固定在第一滑块（242）上的柔索拉紧座（243），固定在柔索拉紧座（243）上的涨紧滑轮（244），还包括通过内六角螺栓（245）与柔索拉紧座（243）相固定的柔索拉紧螺钉座（246）。
7.根据权利要求1所述的刚柔软耦合驱动食道镜检查介入机器人，其特征在于：所述的带轮机构包括通过同步带连接的第一带轮（361）与第二带轮（362），所述的第一带轮（361）固定在阶梯轴（312）上，所述的第二带轮（362）与电机（363）的输出轴同轴连接，所述的电机（363）通过电机座（364）固定在第一底板（34）上。
8.根据权利要求7所述的刚柔软耦合驱动食道镜检查介入机器人，其特征在于：所述的第一带轮（361）与第二带轮（362）之间还设有涨紧装置，所述的涨紧装置包括涨紧带轮（365）以及杠杆（366），所述杠杆（366）的中部通过六角螺杆（367）固定在第一底板（34）上，所述杠杆（366）的一端设有与涨紧带轮（365）的轮轴相固定的轴孔（3661），杠杆（366）的另一端与固定在第一底板（34）上的球销（368）相配合。
9.根据权利要求1所述的刚柔软耦合驱动食道镜检查介入机器人，其特征在于：所述的升降调节装置（32）还包括平行设置在第一底板（34）下方的导轨安装板（322），所述的导轨安装板（322）与第一底板（34）的四角处分别设有贯穿两者的升降光轴（323），所述第一底板（34）的下板面设有与升降光轴（323）相配合的升降滑块（324），所述电动缸（321）的升降头...
【技术特征摘要】
1.一种刚柔软耦合驱动食道镜检查介入机器人，其特征在于：包括安装支架（3）、置于安装支架（3）上的驱动机构（2）以及与驱动机构（2）相连的执行机构（1），所述的执行机构（1）包括依次设置的刚性管（11）、末端过渡接头（12）、末端椭圆柔性体（13）、中部过渡接头（14）、中部圆柱柔性体（15）、首端圆柱柔性体（16）、首端过渡接头（17）及食道镜探测器（18）；
2.根据权利要求1所述的刚柔软耦合驱动食道镜检查介入机器人，其特征在于：所述的末端椭圆柔性体（13）、中部圆柱柔性体（15）、首端圆柱柔性体（16）均为簧片柔性体，且均为空心结构，所述的刚性管（11）为空心管体且刚性管（11）的一端与驱动机构（2）相连，所述的末端过渡接头（12）上设有与第一柔索（201）、第二柔索（202）、第三柔索（203）、第四柔索（204）、第五柔索（205）、第六柔索（206）、第七柔索（207）、第八柔索（208）相配合的通孔，所述的末端椭圆柔性体（13）上设有与第七柔索（207）、第八柔索（208）相配合的通孔，所述的中部过渡接头（14）及中部圆柱柔性体（15）上均分别设有与第一柔索（201）、第二柔索（202）、第三柔索（203）、第四柔索（204）、第五柔索（205）、第六柔索（206）相配合的通孔，所述的首端圆柱柔性体（16）及首端过渡接头（17）上分别设有与第二柔索（202）、第四柔索（204）、第六柔索（206）相配合的通孔。
3.根据权利要求1所述的刚柔软耦合驱动食道镜检查介入机器人，其特征在于：所述的柔索驱动装置（21）包括直线伺服电机（211）、柔索连接支架（212）以及相互配合的直线导轨（213）和直线导轨滑块（214），所述的柔索连接支架（212）固定在直线导轨滑块（214）上，柔索连接支架（212）的一端与柔索相连，柔索连接支架（212）的另一端与直线伺服电机（211）相连。
4.根据权利要求1所述的刚柔软耦合驱动食道镜检查介入机器人，其特征在于：所述的驱动机构（2）包括壳体（22），所述的壳体（22）内设有相互平行且为同心结构的第一盘体（231）、第二盘体（232）、第三盘体（233）、第四盘体（234）及第五盘体（235），相邻两盘体之间通过连接立柱连接，所述的第五盘体（235）上设有连接刚性管（11）的柱状过渡接头（2351），所述的壳体（22）由两个半壳体对合而成。
5.根据权利要求4所述的刚柔软耦合驱动食道镜检查介入机器人，其特征在于：所述第一盘体（231）的中心处设有六角柱状导轨座（2311），与第一柔索（201）、第二柔索（202）、第三柔索（203）、第四柔索（204）、第五柔索（205）、第六柔索（206）相...
【专利技术属性】
技术研发人员：王正雨，于翔，冯三强，贾子瑞，李紫千，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：新型
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