技术领域
[0001] 本
发明涉及软体机器臂技术领域，特别是涉及一种用于内科手术的介入式软体机械臂。
背景技术
[0002] 软体
机器人是当今
机器人技术的新兴热点和未来发展前沿，与传统刚性机器人相比，表现出了前所未有的适应性、灵敏性和敏捷性，并不断地扩充着机器人的应用领域，是机器人未来发展的主要趋势之一。
[0003] 软体机械臂是软体机器人研究的主要方向之一，当前基于线驱和
气动驱动方式，开发了多种不同类型的软体机械臂。
[0004] 但是目前开发的各类型软体机械臂都只有单一的
自由度，只能够完成简单的动作。同时由于其结构的柔性，导致机械臂控制
精度较低，并且负载能
力较差，无法承受较大的力。
[0005] 因此，针对上述技术问题，有必要提供一种用于内科手术的介入式软体机械臂。
发明内容
[0006] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于内科手术的介入式软体机械臂，其结构精巧，具有较大的负载能力，机械臂末端可以通过三个
串联模
块的不同
变形绕过人体某些部位到达
指定位置，能够在减小手术创口的同时完成复杂的内科手术。
[0007] 为了实现上述目的，本发明一
实施例提供的技术方案如下：
[0008] 一种用于内科手术的介入式软体机械臂，所述软体机械臂包括若干串联设置的弯曲模块、扭转模块及拉伸模块，所述弯曲模块用于在不同气压下发生相应的弯曲变形，所述扭转模块用于在不同气压下发生相应的扭转变形，所述拉伸模块用于在不同气压下发生相应的拉伸变形。
[0009] 作为本发明的进一步改进，所述弯曲模块包括半圆柱型的第一空腔弹性体及缠绕于第一空腔弹性体上的第一
纤维和第二纤维。
[0010] 作为本发明的进一步改进，所述第一空腔弹性体包括半圆柱面和矩形面，所述第一纤维和第二纤维在半圆柱面上垂直于第一空腔弹性体轴线且均匀平行分布，第一纤维和第二纤维在矩形面上相交。
[0011] 作为本发明的进一步改进，所述第一纤维在矩形面上与第一空腔弹性体轴线之间的夹
角为第一夹角，第二纤维在矩形面上与第一空腔弹性体轴线之间的夹角为第二夹角，第一夹角和第二夹角之和为180°，且第一夹角为60°～80°，第二夹角为100°～120°。
[0012] 作为本发明的进一步改进，所述扭转模块包括半圆柱型的第二空腔弹性体及缠绕于第二空腔弹性体上的第三纤维。
[0013] 作为本发明的进一步改进，所述第二空腔弹性体包括半圆柱面和矩形面，所述第三纤维在半圆柱面上与第一空腔弹性体轴线呈锐角，第三纤维在矩形面上垂直于第二空腔弹性体轴线且均匀平行分布。
[0014] 作为本发明的进一步改进，所述第三纤维在半圆柱面上与第一空腔弹性体轴线的夹角为50°～70°。
[0015] 作为本发明的进一步改进，所述拉伸模块包括半圆柱型的第三空腔弹性体及缠绕于第三空腔弹性体上的第四纤维和第五纤维。
[0016] 作为本发明的进一步改进，所述第三空腔弹性体包括半圆柱面和矩形面，所述第四纤维和第五纤维在半圆柱面上相交，第四纤维和第五纤维在矩形面上垂直于第三空腔弹性体轴线且均匀平行分布。
[0017] 作为本发明的进一步改进，所述第四纤维在半圆柱面上与第三空腔弹性体轴线之间的夹角为第三夹角，第五纤维在半圆柱面上与第三空腔弹性体轴线之间的夹角为第四夹角，第三夹角和第四夹角之和为180°，且第三夹角为60°～80°，第四夹角为100°～120°。
[0018] 本发明的有益效果是：
[0019] 本发明设计的软体机械臂由模块化的变形模块构成，能够根据实际需要进行软体机械臂的重新组装调试，应用范围较广；
[0020] 软体机械臂由多个半圆柱型的变形模块串联而成，其结构紧凑精巧，具有多种自由度能够从较小的手术创口中进入人体进行手术操作；
[0021] 变形模块采用纤维缠绕结构，该结构可以极大地增强变形模块的负载能力和充气时的外部
刚度；
[0022] 变形模块相互独立，工作时可以采取分别控制的方法，能够实现软体机械臂的精确控制；
[0023] 软体机械臂将各个变形模块的气路
导管全都布置在驱动模块的内部，降低了对机械臂的干扰。
附图说明
[0024] 为了更清楚地说明本发明实施例或
现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025] 图1为本发明一具体实施例中软体机械臂的结构示意图；
[0026] 图2为本发明一具体实施例中第一空腔弹性体的结构示意图；
[0027] 图3为本发明一具体实施例中第一纤维和第二纤维的缠绕结构示意图；
[0028] 图4为本发明一具体实施例中第二空腔弹性体的结构示意图；
[0029] 图5为本发明一具体实施例中第三纤维的缠绕结构示意图；
[0030] 图6为本发明一具体实施例中第三空腔弹性体的结构示意图；
[0031] 图7为本发明一具体实施例中第四纤维和第五纤维的缠绕结构示意图。
具体实施方式
[0032] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0033] 本文使用的例如“左”、“左侧”、“右”、“右侧”、“上”、“下”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“左侧”的单元将位于其他单元或特征“右侧”。因此，示例性术语“左侧”可以囊括左侧和右侧这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。
[0034] 在本文的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。
[0035] 本发明公开了一种用于内科手术的介入式软体机械臂，包括若干串联设置的弯曲模块、扭转模块及拉伸模块，弯曲模块用于在不同气压下发生相应的弯曲变形，扭转模块用于在不同气压下发生相应的扭转变形，拉伸模块用于在不同气压下发生相应的拉伸变形。
[0036] 以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0037] 参图1所示，本发明一具体实施例中用于内科手术的介入式软体机械臂，其包括若干串联设置的弯曲模块10、扭转模块20及拉伸模块30，弯曲模块10、扭转模块20及拉伸模块30为模块化的软体
驱动器。弯曲模块10用于在不同气压下发生相应的弯曲变形，扭转模块
20用于在不同气压下发生相应的扭转变形，拉伸模块30用于在不同气压下发生相应的拉伸变形。
[0038] 本实施例中以一个弯曲模块、一个扭转模块及一个拉伸模块串联为例进行说明，在其他实施例中也可以包括多个弯曲模块和/或多个扭转模块和/或多个拉伸模块，可以根据实际情况进行软体机械臂的组装及调试，应用范围广阔。
[0039] 参图1并结合图2、图3所示，弯曲模块10能够在不同气压下发生相应的弯曲变形，使得软体机械臂能够向一定的方向产生弯曲。
[0040] 具体地，弯曲模块10包括半圆柱型的第一空腔弹性体11及缠绕于第一空腔弹性体上的第一纤维12和第二纤维13，第一空腔弹性体11的材料为
硅胶。
[0041] 其中，第一空腔弹性体11包括半圆柱面和矩形面，第一纤维12和第二纤维13相互对称缠绕于第一空腔弹性体11上。
[0042] 具体地，第一纤维12和第二纤维13在半圆柱面上垂直于第一空腔弹性11体轴线且均匀平行分布，第一纤维12和第二纤维13在矩形面上相交。第一纤维在矩形面上与第一空腔弹性体轴线之间的夹角为第一夹角，第二纤维在矩形面上与第一空腔弹性体轴线之间的夹角为第二夹角，第一夹角和第二夹角之和为180°，且第一夹角为60°～80°，第二夹角为100°～120°。优选地，本实施例中的第一夹角为70°，第二夹角为110°。
[0043] 参图1并结合图4、图5所示，扭转模块20能够在不同气压下发生相应的扭转变形，使得软体机械臂能够沿一定的方向产生扭转。
[0044] 具体地，扭转模块20包括半圆柱型的第二空腔弹性体21及缠绕于第二空腔弹性体上的第三纤维22，第二空腔弹性体21的材料为硅胶。
[0045] 其中，第二空腔弹性体21包括半圆柱面和矩形面，第三纤维22缠绕于第二空腔弹性体21上。
[0046] 具体地，第三纤维22在半圆柱面上与第一空腔弹性体21轴线呈锐角，第三纤维22在矩形面上垂直于第二空腔弹性体21轴线且均匀平行分布。第三纤维在半圆柱面上与第一空腔弹性体轴线的夹角为50°～70°，优选地，本实施例中的夹角为60°。
[0047] 参图1并结合图6、图7所示，拉伸模块30能够在不同气压下发生相应的拉伸变形，使得软体机械臂能够向下拉伸变长。
[0048] 具体地，拉伸模块30包括半圆柱型的第三空腔弹性体31及缠绕于第三空腔弹性体上的第四纤维32和第五纤维33，第三空腔弹性体31的材料为硅胶。
[0049] 其中，第三空腔弹性体31包括半圆柱面和矩形面，第四纤维32和第五纤维33相互对称缠绕于第三空腔弹性体31上。
[0050] 具体地，第四纤维32和第五纤维33在半圆柱面上相交，第四纤维32和第五纤维33在矩形面上垂直于第三空腔弹性体轴线且均匀平行分布。第四纤维32在半圆柱面上与第三空腔弹性体31轴线之间的夹角为第三夹角，第五纤维33在半圆柱面上与第三空腔弹性体31轴线之间的夹角为第四夹角，第三夹角和第四夹角之和为180°，且第三夹角为60°～80°，第四夹角为100°～120°。优选地，本实施例中的第三夹角为70°，第四夹角为110°。
[0051] 本发明中弯曲模块10、扭转模块20及拉伸模块30的气路导管(硅胶导管)全都布置在对应变形模块的气腔内部，降低了对机械臂的干扰，提高了机械臂的控制精度。且弯曲模块10、扭转模块20及拉伸模块30的气腔结构相互独立，在工作时不会发生干扰。
[0052] 本发明基于纤维增强的特性，设计了三种能够产生不同变形效果的模块化的软体驱动器，结合三种变形模块开发了一种用于手术的介入式多功能软体机械臂。该软体机械臂的结构精巧，具有较大的负载能力，机械臂末端可以通过三个串联模块的不同变形绕过人体某些部位到达指
定位置，能够在减小手术创口的同时完成复杂的内科手术。
[0053] 由以上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
[0054] 本发明设计的软体机械臂由模块化的变形模块构成，能够根据实际需要进行软体机械臂的重新组装调试，应用范围较广；
[0055] 软体机械臂由多个半圆柱型的变形模块串联而成，其结构紧凑精巧，具有多种自由度能够从较小的手术创口中进入人体进行手术操作；
[0056] 变形模块采用纤维缠绕结构，该结构可以极大地增强变形模块的负载能力和充气时的外部刚度；
[0057] 变形模块相互独立，工作时可以采取分别控制的方法，能够实现软体机械臂的精确控制；
[0058] 软体机械臂将各个变形模块的气路导管全都布置在驱动模块的内部，降低了对机械臂的干扰。
[0059] 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附
权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0060] 此外，应当理解，虽然本
说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
