CN113855109A - 柔性连续体驱动传动机构、手术工具驱动系统及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种柔性连续体驱动传动机构、手术工具驱动系统及机器人。驱动传动机构包括回转机构：第一可转动件，能绕自身的旋转中心转动；第二可转动件，与第一可转动件相叠设置，能绕自身的旋转中心转动，第二可转动件的旋转中心与第一可转动件的旋转中心同轴，设有第二滑动导向部；及连接传递机构：运动件，可随第一可转动件的转动而转动，旋转中心与第一可转动件的旋转中心不重合，设有第一滑动导向部；滑动组件，同时与第一滑动导向部和第二滑动导向部滑动连接以同时沿第一滑动导向部和第二滑动导向部滑动，能连接柔性连续体结构。本发明能够高效灵活地驱动柔性连续体结构在空间实现弯曲变形，结构紧凑，原理简单，易于实现，可靠性高。

Description

柔性连续体驱动传动机构、手术工具驱动系统及机器人

技术领域

本发明涉及手术工具技术领域，具体涉及一种柔性连续体驱动传动机构、手术工具驱动系统及机器人。

背景技术

微创术式对病人创伤更小、术后产出更高，已经在外科手术中占据了重要的地位。微创术式所用手术工具，包括视觉照明模块和手术操作臂在内的手术器械，均通过切口或者自然腔道进入人体中到达术部进行手术。现有手术器械的远端结构主要为多杆件的串联铰接，采用钢丝绳拉力驱动，使手术器械在铰接关节处实现弯转。由于钢丝绳须通过滑轮保持持续的张紧状态，这一驱动方式难以实现手术器械的进一步小型化，亦难以进一步提升器械的运动性能。

相较传统的通过在关节处相互转动从而实现弯转运动的刚性运动链，柔性连续体结构通过其近端结构变形实现远端结构的弯转变形，其结构主体同时成为驱动的传递结构，因此可在小尺寸空间范围内实现极高的自由度配置，因而被广泛应用于柔性操作臂、内窥镜、可控导管等医疗器械，以及工业用深腔探测内窥镜、柔性机械臂等新型特种装备的研发。

现有的连续体结构一般通过驱动机构对连续体结构中的驱动丝进行直接推拉，从而实现连续体结构向任意方向弯曲，但是随着对连续体结构提出的精度高、响应快、弯转灵活性高、稳定性好等更严格的要求，现有的驱动传动结构已逐渐不能满足现有的驱动方式要求，且现有的驱动方式均为直接推拉驱动丝进行运动，故当驱动丝的数量较多时，驱动机构的数量也会相应的增加，使得结构复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种柔性连续体驱动传动机构、手术工具驱动系统及机器人，以驱动近端连续体结构整体运动，从而使得远端连续体结构弯曲变形进而带动手术工具等部件进行可靠、灵活地运动。

本发明首先提出一种柔性连续体驱动传动机构，所述驱动传动机构包括：

回转机构，包括

第一可转动件，其被配置为能绕自身的旋转中心转动；

第二可转动件，其与所述第一可转动件相叠设置，其被配置为能绕自身的旋转中心转动，所述第二可转动件的旋转中心与所述第一可转动件的旋转中心同轴，所述第二可转动件设有第二滑动导向部；

连接传递机构，包括

运动件，所述运动件被设置成可随所述第一可转动件的转动而转动，且所述运动件的旋转中心与所述第一可转动件的旋转中心不重合，所述运动件上设有第一滑动导向部；

滑动组件，所述滑动组件同时与所述第一滑动导向部和所述第二滑动导向部滑动连接以同时沿所述第一滑动导向部和所述第二滑动导向部滑动，所述滑动组件设置成能连接柔性连续体结构。

根据本发明的一种实施方式，所述第二可转动件重叠布置在所述第一可转动件的上方；所述第一可转动件设置成能在第一驱动件的驱动下转动，所述第二可转动件设置成能在第二驱动件的驱动下转动；所述运动件还设有啮合部，所述啮合部设置成能与所述第一可转动件啮合。

根据本发明的一种实施方式，所述第一可转动件为第一从动齿轮，所述第二可转动件为第二从动齿轮，所述运动件为连杆，所述啮合部为设置在所述连杆外周面的齿，所述第一从动齿轮与所述连杆的外周面的齿相啮合，以使所述连杆随所述第一从动齿轮的转动而转动。

根据本发明的一种实施方式，所述第一滑动导向部为第一滑槽，所述第二滑动导向部为垂直于所述第二可转动件的旋转轴线延伸的第二滑槽；所述滑动组件包括滑动销，所述滑动销的一端活动穿设在所述连杆的第一滑槽中，另一端活动穿设在所述第二从动齿轮的第二滑槽中，所述滑动销用于连接柔性连续体结构。

根据本发明的一种实施方式，所述连接传递机构还包括旋转轴，其一端与所述连杆固定连接，另一端相对于所述第二从动齿轮转动连接。

根据本发明的一种实施方式，所述第一滑动导向部为第一滑轨，所述第二滑动导向部为第二滑轨；所述滑动组件包括第一滑动块、第二滑动块和连接销，所述第一滑动块滑动设置在所述第一滑轨上，所述第二滑动块滑动设置在所述第二滑轨上，所述第一滑动块和所述第二滑动块中的一个设置成与所述连接销活动连接，所述第一滑动块和所述第二滑动块中的另一个设置成与所述连接销固定连接。

根据本发明的一种实施方式，所述第一从动齿轮的内周面设有内圈齿，所述连杆的外周面的齿与所述第一从动齿轮的内圈齿相啮合；所述第二从动齿轮沿盘面的直径位置设有所述第二滑槽。

根据本发明的一种实施方式，所述滑动组件还包括滑轨和滑块，所述滑轨固定设置在所述第二从动齿轮上，且与所述第二滑槽平行设置，所述滑块与所述滑动销固定连接，所述滑块可滑动设置在所述滑轨上。

本发明还提出一种手术工具驱动系统，包括柔性连续体结构和所述驱动传动机构，所述驱动传动机构设置成能够带动所述柔性连续体结构运动。

根据本发明的一种实施方式，所述柔性连续体结构包括依次连接的远端连续体、近端连续体和驱动连接部，所述驱动连接部的一端与所述近端连续体连接，另一端与所述驱动传动机构连接，通过所述驱动传动机构带动所述驱动连接部运动，从而带动所述近端连续体运动，所述近端连续体又带动所述远端连续体在空间中弯曲。

根据本发明的一种实施方式，所述近端连续体包括间隔设置的近端基盘和近端止盘；所述远端连续体包括间隔设置的远端基盘和远端止盘；所述近端基盘与所述远端基盘间隔设置，所述近端连续体和所述远端连续体均包括结构骨，所述结构骨一端与所述近端止盘固定，依次穿过所述近端基盘和远端基盘，另一端与所述远端止盘固定。

优选地，所述近端连续体还包括近端保持盘，所述近端保持盘设置于所述近端基盘和近端止盘之间，所述结构骨穿过所述近端保持盘。

优选地，所述远端连续体还包括远端保持盘，所述远端保持盘设置于所述远端基盘和远端止盘之间，所述结构骨穿过所述远端保持盘。

优选地，所述柔性连续体结构还包括导管束，所述导管束一端固定于所述近端基盘上，另一端固定于所述远端基盘上，所述结构骨从所述导管束的内部活动穿过。

优选地，所述导管束为钢管束。

优选地，所述结构骨为沿周向设置的一组弹性杆或管。

优选地，所述结构骨由镍钛合金材料制成。

根据本发明的一种实施方式，所述驱动连接部为万向节、球铰关节、铰链关节或者万向节-球铰组合中的任意一种，所述驱动连接部的一端与所述近端连续体的近端止盘连接，另一端与所述驱动传动机构连接。

本发明还提出一种手术机器人，所述机器人包括一个或者多个所述的手术工具驱动系统，优选地，所述手术机器人采用两个串联或者并联的所述手术工具驱动系统；当采用两个所述手术工具驱动系统时，两个所述手术工具驱动系统的长度相同或者不同，优选地，两个所述手术工具驱动系统的长度不同。

本发明使得可通过驱动元件如电机驱动第一可转动件和/或第二可转动件，第一可转动件又可带动运动件运动，运动件又可带动滑动组件运动，而滑动组件又可被限制在第一滑动导向部和第二滑动导向部共同限定的空间内运动，而由于第一可转动件和第二可转动件的设置，又使得机构可实现多种运动方式，使得滑动组件能够实现多样的运动轨迹，从而带动柔性连续体结构实现不同的运动要求。

本发明可以驱动近端连续体结构的刚性部分移动，从而使得远端连续体结构可朝任意方向转弯，避免了对驱动丝进行的直接推拉，从而在驱动数量较多的驱动丝时，可不受限于驱动机构的数量，同时本发明结构紧凑，原理简单，易于实现，因而具有很高的可靠性和灵活性。

附图说明

图1为本发明一实施例中手术工具驱动系统的结构示意图；

图2为本发明一实施例中远端连续体的结构示意图；

图3为本发明一实施例中驱动传动机构的整体结构示意图；

图4为本发明一实施例中驱动传动机构的另一视角结构示意图；

图5为本发明一实施例中驱动传动机构的一局部结构示意图；

图6为本发明一实施例中驱动传动机构的另一局部结构示意图；

图7为本发明一实施例中滑块组件的结构示意图；

图8为本发明一实施例中驱动连接部为万向节的结构示意图；

图9为本发明一实施例中驱动连接部为球铰关节的结构示意图；

图10为本发明一实施例中驱动连接部为铰链关节的结构示意图；

附图标号：

1近端连续体、2导管束、3远端连续体、4近端基盘、5近端保持盘、7近端止盘，9远端基盘、10远端保持盘、11远端止盘、12结构骨、13驱动连接部、131万向节、132球铰关节、133铰链关节、14驱动传动机构、141第一主动齿轮、142第一从动齿轮、143第二主动齿轮、144第二从动齿轮、1441第二滑槽、145滑动销、146连杆、1461第一滑槽、1462外周面、147滑块、148滑轨、149旋转轴、A连杆、B连杆、C连杆、D连杆。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

本发明旨在通过驱动传动机构驱动柔性连续体结构的近端连续体的刚性部分翻转，从而带动近端连续体整体弯曲，避免对结构骨进行直接的推拉，在驱动数量较多的结构骨时，而不受限于驱动机构的数量，并最终驱动远端连续体在空间中的任意弯曲，从而带动与远端连续体连接的手术工具灵活操作。

如图1所示，本发明可用于手术工具的驱动系统主要包括柔性连续体结构和驱动传动机构，下端的驱动传动机构14带动上部的柔性连续体结构运动。

为了实现上述的技术目的，如图1、图3、图4、图5、图6、图7所示，根据本发明的一种实施方式，本发明提出的驱动传动机构包括：回转机构和连接传递机构。

其中，回转机构包括第一可转动件，其能绕自身的旋转中心转动；第二可转动件，其与第一可转动件相叠设置，其能绕自身的旋转中心转动，第二可转动件的旋转中心与第一可转动件的旋转中心同轴，第二可转动件设有第二滑动导向部。

连接传递机构，包括运动件，运动件被设置成可随第一可转动件的转动而转动，且运动件的旋转中心与第一可转动件的旋转中心不重合，运动件上设有第一滑动导向部；滑动组件，滑动组件同时与第一滑动导向部和第二滑动导向部滑动连接以同时沿第一滑动导向部和第二滑动导向部滑动，滑动组件能连接柔性连续体结构。

第二可转动件可重叠布置在第一可转动件的上方，第一可转动件设置成能在第一驱动件的驱动下转动，第二可转动件设置成能在第二驱动件的驱动下转动。运动件还可设有啮合部，啮合部设置成能与第一可转动件啮合。

具体地，如图3所示，第一驱动件和第一可转动件可分别为第一主动齿轮141和第一从动齿轮142，第二驱动件和第二可转动件分别为第二主动齿轮143和第二从动齿轮144，第二从动齿轮144与第一从动齿轮142相叠设置，第二滑动导向部为垂直于第二从动齿轮144的旋转轴线延伸的第二滑槽1441。

应当理解的是，第一驱动件和第二驱动件也可以直接为电机或马达，能直接驱动第一从动齿轮142和第二从动齿轮144运动。还应理解，第一可转动件和第二可转动件也可以是除了齿轮之外的其他可转动件。

根据本发明的一种实施方式，运动件为连杆146，其一端设有第一滑槽1461，另一端的外周面1462与第一从动齿轮142相啮合。具体地，第一从动齿轮142的内周面设有内圈齿，连杆146的外周面1462的齿与第一从动齿轮142的内圈齿相啮合，第二从动齿轮144沿盘面的直径位置设有第二滑槽1441。需要说明的是，在其他实施例中，第一从动齿轮142内可设有另外的齿轮(图中未示出)，该另外的齿轮与第一从动齿轮142同轴同步转动，连杆146的外周面1462的齿与该另外的齿轮相啮合，同样可以实现连杆146随着第一从动齿轮142的转动而转动。

可以理解的是，第一滑动导向部可以为垂直于第二从动齿轮144的旋转轴线延伸的第一滑轨，第二滑动导向部为设置在连杆146上的第二滑轨。滑动组件可包括第一滑动块、第二滑动块和连接销，第一滑动块滑动设置在第一滑轨上，第二滑动块滑动设置在第二滑轨上，第一滑动块和第二滑动块中的一个设置成与连接销活动连接，第一滑动块和第二滑动块中的另一个设置成与连接销固定连接，从而使滑动组件同时沿第一滑轨和第二滑轨滑动。该种实施方式虽未图示，但参照其他实施方式，本领域技术人员根据该说明应当能够理解其实施方式。还应理解，还可设置成第一滑动导向部和第二滑动导向部中的一个为滑轨，而滑动组件包括与该滑轨匹配的相应滑块。

如图3至图7所示，滑动组件可包括滑动销145，该滑动销145一端活动穿设连杆146的第一滑槽1461，另一端活动穿设第二从动齿轮144的第二滑槽1441，滑动销145用于连接柔性连续体结构。此种实施方式中，第一滑动导向部为第一滑槽1461，第二滑动导向部为垂直于第二可转动件的旋转轴线延伸的第二滑槽1441。

根据本发明的一种实施方式，如图5、图6所示，连接传递机构还包括旋转轴149，其一端与连杆146固定连接，另一端活动穿设在第二从动齿轮144中，且与第二从动齿轮144的旋转中心偏置，使旋转轴149可相对于第二从动齿轮144转动。

上述技术方案，使得可通过驱动元件如电机驱动第一主动齿轮141运转时，第一主动齿轮141带动第一从动齿轮142运转，第一从动齿轮142又可带动连杆146运动，连杆146又可带动滑动销145运动，而滑动销145又可被限制在第一滑槽1461和第二滑槽1441共同限定的空间内运动，而由于第一可回转件和第二可回转件的设置，又使得可实现多种运动方式，比如通过对第一可回转件和第二可回转件的协同控制，使得滑动销能够实现多样的运动轨迹，从而带动柔性连续体结构实现在空间任意方向的弯转。

为了使滑动销实现特定的运转轨迹，比如使得第一从动齿轮142可与第二从动齿轮144同向同速运转，从而使得滑动销可实现圆周运动，从而改变柔性连续体结构弯转平面的指向，根据本发明的一种实施方式，第二从动齿轮144与第一从动齿轮142同轴设置，连杆146的外周面1462与第一从动齿轮142的内圈齿相啮合，旋转轴149的一端与连杆146固定，另一端活动穿设第二从动齿轮144的偏心位置。旋转轴149可与连杆146为分体或一体件。

为了使得可以在第二从动齿轮144不运转的情况下，第一从动齿轮142运转，使滑动销实现直线运动，从而改变柔性连续体结构在某一平面内的弯曲角度，根据本发明的一种实施方式，由于连杆146的旋转轴149偏心设置，使齿轮不论朝任何方向旋转，第二滑槽1441与第一滑槽1461均能相交，而滑动销145即位于两者的交点处，通过两者的限位配合，使滑动销145沿第二滑槽1441做直线运动。

根据本发明的一种实施方式，第二从动齿轮144沿盘面的直径位置设有所述第二滑槽1441。

为了对滑动销145的运动进行导向及一定自由度的限制，如图4、图5、图7所示，根据本发明的一种实施方式，滑动组件还包括滑轨148和滑块147，滑轨148与第二滑槽1441平行设置，滑块147与滑动销145连接，滑块147可滑动设置在滑轨148上。比如，滑块147与滑轨148可采取槽型配合。

为了利用上述驱动传动机构驱动近端连续体结构移动，从而使得远端连续体结构任意方向转弯，同时避免对驱动丝进行直接的推拉，在驱动数量较多的驱动丝时，不受限于驱动机构的数量，根据本发明的一种实施方式，如图1、图2所示，本发明柔性连续体结构包括依次连接的远端连续体3、近端连续体1和驱动连接部13，驱动连接部13的一端与近端连续体1连接，另一端与驱动传动机构连接，通过驱动传动机构带动驱动连接部13运动，从而带动近端连续体1运动，近端连续体1又带动远端连续体3在空间中弯曲。

根据本发明的一种实施方式，近端连续体1包括间隔设置的近端基盘4和近端止盘7；远端连续体3包括间隔设置的远端基盘9和远端止盘11；近端基盘4与远端基盘9间隔设置，近端连续体1和远端连续体3均包括结构骨12，结构骨12一端与近端止盘7固定，依次穿过近端基盘4和远端基盘9，另一端与远端止盘11固定。

优选地，近端连续体还包括近端保持盘5，近端保持盘5设置于近端基盘4和近端止盘7之间，结构骨12穿过近端保持盘5。

优选地，远端连续体3还包括远端保持盘10，远端保持盘10设置于远端基盘9和远端止盘11之间，结构骨12穿过远端保持盘10。

保持盘用于对结构骨起一定的导向及支撑的作用，防止结构骨在弯曲运动时失稳。

例如，在近端连续体1和远端连续体3中可以分布有一片或多片近端保持盘5和远端保持盘10，用于从结构骨12的径向支撑结构骨12，从而使得各结构骨12在弯曲变形的过程中仍然保持平行状态。

优选地，柔性连续体结构还包括导管束2，导管束2一端固定于近端基盘4上，另一端固定于远端基盘9上，结构骨12从导管束2的内部活动穿过。导管束2用于对结构骨进行所需走向的导向。

优选地，导管束2的材质为钢材。当然也可是其他较硬材质的金属。

优选地，结构骨12为沿周向设置的一组弹性杆或管。例如，结构骨12可以沿圆周分布或者沿矩形周向布置。

优选地，结构骨12由超弹性材料制成，一般可以采用镍钛合金等高强度、高韧性、具有弹性的金属材料制造。

优选地，各保持盘上，均布有用于结构骨12滑动通过的过孔，基盘和止盘上设有用于固定结构骨12端部锁紧孔，不同盘上过孔和锁紧孔的具体孔位和孔数取决于结构骨12的分布及数量。

各盘上结构骨12的布置样式可根据需要设置，比如为圆形、方形等。近端连续体1和远端连续体3的弯曲比例与结构骨12分别在近端和远端连续体各盘上的分布半径呈反比，当结构骨呈圆周分布时，分布半径即指该圆的半径，在应用时可通过调整结构骨在近端连续体和远端连续体中的分布半径，以满足实际弯曲比例需求。

优选地，在各近端保持盘5和远端保持盘10之间，或者不同的盘之间，均可安装有弹性单元(如弹簧，弹性管等，图中未显示)用以将各盘间隔分开。

根据本发明的一种实施方式，如图1、图2所示，柔性连续体结构中包括有：近端连续体1、导管束2、远端连续体3、驱动连接部13和驱动传动机构14，近端连续体1包括近端基盘4、近端保持盘5、近端止盘7和结构骨12；远端连续体3包括远端基盘9、远端保持盘10、远端止盘11。导管束2一端固定于近端基盘4上，另一端固定于远端基盘9上，各结构骨12一端与近端止盘7固定，依次穿过近端保持盘5，近端基盘4，导管束2，远端基盘9，远端保持盘10，另一端与远端止盘11固定。

驱动连接部13一端与近端基盘4连接，另一端为自由端，用于与驱动传动机构14连接，通过驱动传动机构14带动驱动连接部13运动，从而带动近端止盘7运动翻转，实现对结构骨12的推拉，从而实现远端连续体3在空间中沿着不同方向的弯曲。

本实施方式中的驱动传动机构14为齿轮滑槽机构。如图，齿轮滑槽机构位于近端连续体1的下方用于驱动近端连续体1。

齿轮滑槽机构包括：第一主动齿轮141、第一从动齿轮142、第二主动齿轮143、第二从动齿轮144、滑动销145、连杆146、滑块147。第一从动齿轮142和第二从动齿轮144同轴设置，两者可相对转动。第一主动齿轮141与第一从动齿轮142啮合。连杆146一端设有第一滑槽1461，另一端的外周面1462为齿，用于和第一从动齿轮142的内圈齿啮合。与连杆146固定连接的旋转轴149活动穿设第二从动齿轮144的偏心位置。第二从动齿轮144沿盘面直径中线上设有第二滑槽1441，以及与第二滑槽平行的滑轨148，滑块147可滑动设置在滑轨148上，滑动销145下部分滑动设置在第一滑槽中，上部分穿过第一滑槽与滑块147固定连接。滑动销145穿过滑块147的端部用于与驱动连接部13连接。根据本发明的一种实施方式，近端连续体1的近端止盘7与驱动连接部13可采用圆柱副配合，即近端止盘7可相对驱动连接部13上下滑移和旋转，以满足近端止盘7相对自由端的滑动和旋转运动。

上述实施方式中第一主动齿轮和第二主动齿轮并非必需，可以直接将第一从动齿轮142和第二从动齿轮144当作主动齿轮进行驱动。

当然齿轮也可设置为其他可转动结构件，比如凸轮或涡轮等，相应地，连杆也为与其配合的从动结构。

上述实施方式中旋转轴149的结构也可是别的形式结构，只需将连杆146配置为能绕其自身的旋转中心回转，且该连杆146的旋转中心通过第二从动齿轮144的偏心位置即可。

可通过连杆146调节滑块147在滑轨148上的滑动距离，从而调节近端连续体1的弯曲程度。

当第一主动齿轮141带动第一从动齿轮142旋转而第二从动齿轮144保持静止时，与第一从动齿轮142啮合的连杆146会相应的发生转动，驱动滑动销145在第一滑槽中滑动，带动与滑动销145固定连接的滑块147在第二从动齿轮144的滑轨148上移动，滑动销145同时被限定在第二滑槽中滑动，从而带动驱动连接部13运动，从而驱动近端止盘7运动翻转。由于近端止盘7可沿着驱动连接部13上下滑动和旋转，使得近端基盘4和近端止盘7产生错位，两者轴线不再重合，近端止盘7随之产生协同翻转，从而对端部固定在近端止盘7上的各结构骨12产生推拉。均匀分布固定在近端止盘7上的各结构骨12，一侧受拉从而使得对应结构骨12处在近端连续体中相应侧的长度增加，另一侧受压从而使得对应结构骨12处在近端连续体1中相应侧的长度减少。因为各结构骨12的总长不变，从而导致各结构骨12位于远端连续体3中的长度发生相应的变化，从而驱动远端连续体3产生与近端连续体1的反向弯曲。

当第二主动齿轮143带动第二从动齿轮144旋转，第一主动齿轮141带动第一从动齿轮142旋转，且使第二从动齿轮144和第一从动齿轮142同时同向等速旋转时，滑块147相对第二从动齿轮144上的位置不发生改变，但是滑块147的平移方向方位角发生改变(也就是相对初始位置的圆周角度发生变化)，即滑块147做圆周运动，从而驱动近端连续体1在不同平面内弯转。近端连续体1弯转后，对结构骨12产生的推拉传递到远端连续体3，实现远端连续体3在空间中沿着不同方向的弯曲。

上述方案使得可通过驱动第二从动齿轮144和第一从动齿轮142协同运动，从而调整近端连续体1的弯曲程度以及在不同平面内的弯转。近端连续体1和远端连续体3的弯曲比例与对应结构骨12分别在两者中的分布半径呈反比。由此，通过驱动近端止盘7运动，从而实现了远端连续体3在空间中沿着不同方向的弯曲。在应用时可通过调整结构骨12在两者中的分布半径，以满足实际弯曲比例需求。

当然还可根据对手术工具不同的操作需求，调整第一可回转件和第二可回转件的运动方式，以使驱动传动系统达到不同的运动方式。

驱动连接部13可以为万向节、球铰关节、铰链关节或者万向节-球铰组合中的一种。驱动连接部13、近端连续体1和驱动传动机构14之间存在六个运动关系连接节点，具体如下：第一个节点指近端基盘4与驱动连接部13的连接关系，第二个节点指驱动连接部13本身的第一结构，第三个节点指驱动连接部13与近端止盘7的连接关系，第四节点指驱动连接部13本身的第二结构，第五节点指驱动连接部13本身的第一结构与第二结构之间的连接关系，第六节点指驱动连接部13的自由端与驱动传动机构14的连接关系，以上六个节点可采取如下五种连接方式中的几种进行组合：圆柱副(可以旋转也可移动)、移动副(只能移动)、旋转副(只能旋转)、固定连接、本身结构(万向节、球铰或连杆)。通过六个连接节点组合满足驱动近端连续体1弯曲所需要的最少自由度。一个万向节131可理解为包括两个旋转轴线彼此相交的两个旋转副。

如图8所示，本实例以驱动连接部13采用双节伸缩万向节进行说明。双节伸缩万向节由两个万向节131构成。以六个节点采取如下组合为例：第一节点采用固定连接，第二节点采用万向节，第三节点采用圆柱副连接，第四节点采用万向节，第五节点采用圆柱副连接，第六节点采用固定连接，即驱动连接部13本身的第一结构和第二结构均为一个万向节，也就是第二个节点和第四节点均为万向节，第五节点即指两个万向节131之间由一个圆柱副相连接，使得两个万向节131可以沿着圆柱副轴线方向靠近或者远离，并可绕轴线相向旋转。

第一个节点即指双节伸缩万向节的一端与近端基盘4固定连接，第三节点即指双节伸缩万向节的外圆面与近端止盘7之间以圆柱副相配合，双节伸缩万向节的另一端为自由端，第六节点即指自由端与滑块147的固定连接，在滑块147的驱动下自由移动。因为双节伸缩万向节的可伸缩性，使得双节伸缩万向节的自由端在移动的过程中，自由端与近端基盘4在高度方向上距离不变的关系得到满足。当双节伸缩万向节的轴线方向与竖直方向存在夹角时，带动近端连续体1的近端止盘7产生协同翻转，对端部固定在近端止盘7上的各结构骨12产生推拉，导致各结构骨12位于远端连续体3中的长度发生相应的变化，从而驱动远端连续体3产生与近端连续体1相反方向的弯曲。两者弯曲比例与对应结构骨12分别在两者中的分布半径呈反比。在应用时可通过调整结构骨12在两者中的分布半径，以满足实际弯曲比例需求。通过以上六个节点相互配合，使得近端止盘7可相对于驱动连接部13或者驱动连接部13相对于驱动传动机构14可上下滑移或旋转，从而满足近端连续体1在弯曲过程中产生沿着轴线方向滑动的寄生运动，以及向任意方向的弯曲运动。寄生运动可避免远端连续体3在弯曲的过程中，产生沿轴向的伸缩运动，这种伸缩运动会导致包覆在远端连续体3外周的封皮起皱或者过度拉伸，影响封皮的使用寿命。

同样的，当驱动连接部13采用两个万向节时，六个节点还可以采取如下组合：第一节点采用固定连接，第二节点采用万向节，第三节点采用移动副连接，第四节点采用万向节，第五节点采用移动副连接，第六节点采用旋转副，此时也可以实现在滑块147的驱动下自由端自由移动，达到令远端连续体3弯曲的目的。

同样的，当驱动连接部13采用两个万向节时，六个节点还可以采取如下组合：第一节点采用移动副连接，第二节点采用万向节，第三节点采用移动副连接，第四节点采用万向节，第五节点采用固定连接，第六节点采用旋转副，也可实现目的。

此外，上述两个万向节中还可以将一个万向节替换为一个球铰，也可以实现。

综上，除以上实现方式外，以上六个节点还可采取以上几种连接方式中的几种进行其他形式的组合，在实现同等功能的前提下，自由度数越多，柔顺性和灵活性会更好。

此外，如图9所示，驱动连接部13中的两个万向节可以替换为两个球铰关节132。球铰关节132可理解为包括3个轴线相交的旋转副。此时，六个节点可以采取如下组合：第一节点采用固定连接，第二节点采用球铰，第三节点采用圆柱副连接，第四节点采用球铰，第五节点采用圆柱副连接，第六节点采用固定连接。即近端基盘4与一个球铰关节132的基座固定，另外一个球铰关节132的基座作为自由端，两个球铰关节132之间以圆柱副配合，使得两个球铰关节132可以沿着圆柱副轴线方向靠近或者远离。

两个球铰关节132之间的圆柱副的外圆面与近端止盘7之间以圆柱副相配合，自由端与驱动传动机构14的滑块147固定连接。当驱动自由端移动时，因为两球铰关节132可沿着圆柱副轴线方向靠近或者远离，使得球铰关节132的自由端在移动的过程中，自由端与近端基盘4在高度方向上距离不变的关系得到满足。当两球铰关节132之间的轴线方向与竖直方向存在夹角时，带动近端连续体1的近端止盘7产生协同翻转，对端部固定在近端止盘7上的各结构骨12产生推拉，从而驱动远端连续体3产生与近端连续体1靠近近端基盘4部分的反向弯曲，从而实现远端连续体3在空间中沿着不同方向的弯曲。

同样的，当驱动连接部13采用两个球铰关节132关节时，六个节点还可以采取如下组合：第一节点采用固定连接，第二节点采用球铰，第三节点采用圆柱副连接，第四节点采用球铰，第五节点采用固定连接，第六节点采用移动副，此时也可以实现在输出轴146的驱动下自由端自由移动，达到令远端连续体3弯曲的目的。通过以上六个节点相互配合，使得近端止盘7可相对于驱动连接部13或者驱动连接部13相对于驱动传动机构14可上下滑移或旋转，(上下滑移)从而满足近端连续体1在弯曲过程中产生沿着轴线方向滑动的寄生运动(可以理解为小幅度的跟随)，以及向任意方向的弯曲运动，(旋转)寄生运动可避免远端连续体3在弯曲的过程中，产生沿轴向的伸缩运动，而伸缩运动会导致包覆在远端连续体3外周的封皮起皱或者过度拉伸，影响封皮的使用寿命。

同样的，当驱动连接部13采用两个球铰关节132关节时，六个节点还可以采取如下组合：第一节点采用固定连接，第二节点采用球铰，第三节点采用移动副连接，第四节点采用球铰，第五节点采用旋转副，第六节点采用移动副，也可实现目的。

综上，除以上实现方式外，以上六个节点还可采取以上几种连接方式中的几种进行其他形式的组合。

同理，如图10所示，驱动连接部13可以为铰链关节133替代双节伸缩万向节或者球铰关节。此时，六个节点可以采取如下组合：第一节点采用旋转副连接，第二节点采用旋转副，第三节点采用圆柱副连接，第四节点采用旋转副，第五节点采用圆柱副连接，第六节点采用固定连接。即连杆A在近端基盘4中可绕自身长轴旋转，并在另一端与连杆B铰接，连杆B在另一端与连杆C采用圆柱副配合，连杆C在另一端与连杆D铰接，以连杆D另外一端作为自由端，自由端与滑块147固定连接，连杆C的外圆面与近端止盘7之间以圆柱副相配合。通过驱动连杆D自由端，因为连杆C可沿着圆柱副轴线方向靠近或者远离，使得连杆D的自由端在移动的过程中，自由端与近端基盘4在高度方向上距离不变的关系得到满足。当连杆之间的轴线方向与竖直方向存在夹角时，带动近端连续体1的近端止盘7产生协同翻转，对端部固定在近端止盘7上的各结构骨12产生推拉，从而驱动远端连续体3产生与近端连续体1靠近近端基盘4部分的反向弯曲，从而实现远端连续体3在空间中沿着不同方向的弯曲。通过以上六个节点相互配合，使得近端止盘7可相对于驱动连接部13或者驱动连接部13相对于驱动传动机构14可上下滑移或旋转，从而满足近端连续体1在弯曲过程中产生沿着轴线方向滑动的寄生运动，以及向任意方向的弯曲运动。

同样的，当驱动连接部13采用铰链关节133时，六个节点还可以采取如下组合：第一节点采用旋转副连接，第二节点采用旋转副，第三节点采用圆柱副连接，第四节点采用旋转副，第五节点采用圆柱副，第六节点采用旋转副，也可实现目的。综上，除以上实现方式外，以上六个节点还可采取以上几种连接方式中的几种进行其他形式的组合。

本发明还提出一种手术机器人，包括一个或者多个上述手术工具驱动系统，优选地，手术机器人采用两个上述的手术工具驱动系统串联或者并联，从而增加臂体的灵活性。当然，手术工具驱动系统可连接手术工具，当然也可连接其他需要操作的器械等。

以两个上述的手术工具驱动传动系统并联举例来说，两个手术工具驱动传动系统并排设置在支架上，两个近端基盘4分别与支架固定连接，导管束2一端与近端连续体1的近端基盘7固定连接，另一端依次穿过支架，该另一端在远端止盘9处固定且被束成一个环状。两者的远端连续体3的长度可以相同或者不同，优选地，两者的远端连续体3的长度不同，通过两侧的驱动传动机构14带动驱动连接部13运动，分别带动两侧的近端连续体1运动，从而实现远端连续体3的弯转，从而增加远端的自由度，从而增加手术机器人的灵活性。

本发明的实施方式只需要通过一个驱动机构带动驱动连接部13运动，从而驱动近端连续体1的近端止盘7翻转，从而带动近端连续体1弯曲，并最终驱动远端连续体3在空间的任意弯曲，避免了对驱动丝进行直接的推拉，而且在驱动数量较多的结构骨时，不受限于驱动传动机构的数量，同时结构紧凑，原理简单，易于实现，从而具有很高的可靠性和灵活性。

本发明的驱动传动机构操作简单，结构紧凑，可实现多种方式的运动模式，从而对手术工具进行合理地多样性地操作，保障了系统的可靠性与灵活性。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明定义靠近操作者的一端为近端或后端，靠近手术病人的一端为远端或前端。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中实施例的各零部件、装置都是可以有所变化的，各实施方式都可根据需要进行组合或删减，附图中并非所有部件都是必要设置，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所述的这些实施例，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (13)

1.一种柔性连续体驱动传动机构，其特征在于，所述驱动传动机构包括：

回转机构，包括

第一可转动件，其被配置为能绕自身的旋转中心转动；

第二可转动件，其与所述第一可转动件相叠设置，其被配置为能绕自身的旋转中心转动，所述第二可转动件的旋转中心与所述第一可转动件的旋转中心同轴，所述第二可转动件设有第二滑动导向部；

连接传递机构，包括

运动件，所述运动件被设置成可随所述第一可转动件的转动而转动，且所述运动件的旋转中心与所述第一可转动件的旋转中心不重合，所述运动件上设有第一滑动导向部；

滑动组件，所述滑动组件同时与所述第一滑动导向部和所述第二滑动导向部滑动连接以同时沿所述第一滑动导向部和所述第二滑动导向部滑动，所述滑动组件设置成能连接柔性连续体结构。

2.根据权利要求1所述的柔性连续体驱动传动机构，其特征在于，

所述第二可转动件重叠布置在所述第一可转动件的上方；

所述第一可转动件设置成能在第一驱动件的驱动下转动，所述第二可转动件设置成能在第二驱动件的驱动下转动；

所述运动件还设有啮合部，所述啮合部设置成能与所述第一可转动件啮合。

3.根据权利要求2所述的柔性连续体驱动传动机构，其特征在于，所述第一可转动件为第一从动齿轮(142)，所述第二可转动件为第二从动齿轮(144)，所述运动件为连杆(146)，所述啮合部为设置在所述连杆(146)外周面的齿，所述第一从动齿轮(142)与所述连杆(146)的外周面的齿相啮合，以使所述连杆(146)随所述第一从动齿轮(142)的转动而转动。

4.根据权利要求3所述的柔性连续体驱动传动机构，其特征在于，所述第一滑动导向部为第一滑槽(1461)，所述第二滑动导向部为垂直于所述第二可转动件的旋转轴线延伸的第二滑槽(1441)；

所述滑动组件包括滑动销(145)，所述滑动销(145)的一端活动穿设在所述连杆(146)的第一滑槽(1461)中，另一端活动穿设在所述第二从动齿轮(144)的第二滑槽(1441)中，所述滑动销(145)用于连接柔性连续体结构。

5.根据权利要求3所述的柔性连续体驱动传动机构，其特征在于，所述连接传递机构还包括旋转轴(149)，其一端与所述连杆(146)固定连接，另一端相对于所述第二从动齿轮(144)转动连接。

6.根据权利要求3所述的柔性连续体驱动传动机构，其特征在于，所述第一滑动导向部为第一滑轨，所述第二滑动导向部为第二滑轨；

所述滑动组件包括第一滑动块、第二滑动块和连接销，所述第一滑动块滑动设置在所述第一滑轨上，所述第二滑动块滑动设置在所述第二滑轨上，所述第一滑动块和所述第二滑动块中的一个设置成与所述连接销活动连接，所述第一滑动块和所述第二滑动块中的另一个设置成与所述连接销固定连接。

7.根据权利要求3所述的柔性连续体驱动传动机构，其特征在于，所述第一从动齿轮(142)的内周面设有内圈齿，所述连杆(146)的外周面(1462)的齿与所述第一从动齿轮(142)的内圈齿相啮合；所述第二从动齿轮(144)沿盘面的直径位置设有所述第二滑槽(1441)。

8.根据权利要求4所述的柔性连续体驱动传动机构，其特征在于，所述滑动组件还包括滑轨(148)和滑块(147)，所述滑轨(148)固定设置在所述第二从动齿轮(144)上，且与所述第二滑槽(1441)平行设置，所述滑块(147)与所述滑动销(145)固定连接，所述滑块(147)可滑动设置在所述滑轨(148)上。

9.一种手术工具驱动系统，其特征在于，包括柔性连续体结构和权利要求1至8任一项所述的驱动传动机构，所述驱动传动机构设置成能够带动所述柔性连续体结构运动。

10.根据权利要求9所述的手术工具驱动系统，其特征在于，所述柔性连续体结构包括依次连接的远端连续体(3)、近端连续体(1)和驱动连接部(13)，所述驱动连接部(13)的一端与所述近端连续体(1)连接，另一端与所述驱动传动机构连接，通过所述驱动传动机构带动所述驱动连接部(13)运动，从而带动所述近端连续体(1)运动，所述近端连续体(1)又带动所述远端连续体(3)在空间中弯曲。

11.根据权利要求10所述的手术工具驱动系统，其特征在于，所述近端连续体(1)包括间隔设置的近端基盘(4)和近端止盘(7)；所述远端连续体(3)包括间隔设置的远端基盘(9)和远端止盘(11)；所述近端基盘(4)与所述远端基盘(9)间隔设置，所述近端连续体(1)和所述远端连续体(3)均包括结构骨(12)，所述结构骨(12)一端与所述近端止盘(7)固定，依次穿过所述近端基盘(4)和远端基盘(9)，另一端与所述远端止盘(11)固定；

优选地，所述近端连续体(1)还包括近端保持盘(5)，所述近端保持盘(5)设置于所述近端基盘(4)和近端止盘(7)之间，所述结构骨(12)穿过所述近端保持盘(5)；

优选地，所述远端连续体(3)还包括远端保持盘(10)，所述远端保持盘(10)设置于所述远端基盘(9)和远端止盘(11)之间，所述结构骨(12)穿过所述远端保持盘(10)；

优选地，所述柔性连续体结构还包括导管束(2)，所述导管束(2)一端固定于所述近端基盘(4)上，另一端固定于所述远端基盘(9)上，所述结构骨(12)从所述导管束(2)的内部活动穿过；

优选地，所述导管束(2)为钢管束；

优选地，所述结构骨(12)为沿周向设置的一组弹性杆或管；

优选地，所述结构骨(12)由镍钛合金材料制成。

12.根据权利要求10或11所述的手术工具驱动系统，其特征在于，所述驱动连接部(13)为万向节(131)、球铰关节(132)、铰链关节(133)或者万向节球铰组合中的任意一种，所述驱动连接部(13)的一端与所述近端连续体(1)的近端止盘(7)连接，另一端与所述驱动传动机构连接。

13.一种手术机器人，其特征在于，所述机器人包括一个或者多个权利要求9至12任一项所述的手术工具驱动系统，优选地，所述手术机器人采用两个串联或者并联的所述手术工具驱动系统；在采用两个所述手术工具驱动系统时，两个所述手术工具驱动系统的长度相同或者不同，优选地，两个所述手术工具驱动系统的长度不同。

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