CN106217345B - 可实现姿态反馈的柔性连续体结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可实现姿态反馈的柔性连续体结构,包括柔性连续体结构本体和姿态反馈机构;柔性连续体结构本体包括远端结构体、近端结构体和中部连接体;远端结构体包括远端间隔盘、远端固定盘和远端结构骨;近端结构体包括近端间隔盘、近端固定盘和近端结构骨;中部连接体包括近端通道固定板、远端通道固定板和结构骨引导通道;结构骨的一端与近端固定盘紧固连接,另一端依次穿过近端间隔盘、结构骨引导通道、远端间隔盘后与远端固定盘紧固连接;姿态反馈机构包括同姿态反馈结构体、第一比例反馈结构体和第二比例反馈结构体中的一个或多个。

Description

可实现姿态反馈的柔性连续体结构
技术领域
本发明涉及一种可应用于医疗器械、工业自动化设备等的可实现姿态反馈的柔性连续体结构。
背景技术
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,柔性连续体机构通过其近端结构变形实现远端结构的弯转变形。在柔性连续体机构中,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。柔性连续体机构具备结构紧凑、灵活度高、柔性安全接触保证等特点,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。
在医疗或工业领域中,柔性连续体机构的远端多用于伸入弯曲复杂的深腔环境中,其远端多呈不可见或者部分可见状态,因此,柔性连续体机构的姿态反馈是保证其使用可靠性及安全性的重要保障。然而,以结构骨为主体的柔性连续体机构中,其弯转运动通过推拉结构骨实现;而该弯转运动没有明确的弯转关节,使得柔性连续体机构的弯转姿态的反馈不能采用刚性运动链中设置于关节处的角度传感器来直接实现,同时,目前并没有特别针对于柔性连续体机构的姿态反馈传感器。
发明内容
针对上述问题,本发明的一个目的是提供一种可实现姿态反馈的柔性连续体结构。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:一种可实现姿态反馈的柔性连续体结构,其特征在于:包括柔性连续体结构本体和姿态反馈机构;所述柔性连续体结构本体包括远端结构体、近端结构体和中部连接体;所述远端结构体包括远端间隔盘、远端固定盘和远端结构骨;所述近端结构体包括近端间隔盘、近端固定盘和近端结构骨;所述近端结构骨与所述远端结构骨一一对应紧固连接或为同一根结构骨;所述中部连接体包括近端通道固定板、远端通道固定板和结构骨引导通道,所述结构骨引导通道紧固连接在所述近端通道固定板和远端通道固定板之间;所述结构骨的一端与所述近端固定盘紧固连接,另一端依次穿过所述近端间隔盘、结构骨引导通道、远端间隔盘后与远端固定盘紧固连接;所述姿态反馈机构包括同姿态反馈结构体、第一比例反馈结构体和第二比例反馈结构体中的一个或多个;所述同姿态反馈结构体包括第二远端间隔盘、第二远端固定盘、第二远端结构骨、第二近端结构骨以及第二结构骨引导通道;所述第二结构骨引导通道紧固连接在所述近端通道固定板和远端通道固定板之间,所述第二近端结构骨与第二远端结构骨一一对应紧固连接或为同一根第二结构骨,所述第二结构骨的一端与所述近端固定盘紧固连接,另一端依次穿过所述近端间隔盘、第二结构骨引导通道、第二远端间隔盘后与第二远端固定盘紧固连接;所述第二远端结构骨与所述第二近端结构骨分布半径之比,和所述远端结构骨与所述近端结构骨分布半径之比一致;所述同姿态反馈结构体与所述远端结构体的长度一致;所述第一比例反馈结构体包括第三远端间隔盘、第三远端固定盘、第三远端结构骨、第三近端结构骨以及第三结构骨引导通道;所述第三结构骨引导通道紧固连接在所述近端通道固定板和远端通道固定板之间,所述第三近端结构骨与第三远端结构骨一一对应紧固连接或为同一根第三结构骨,所述第三结构骨的一端与所述近端固定盘紧固连接,另一端依次穿过所述近端间隔盘、第三结构骨引导通道、第三远端间隔盘后与第三远端固定盘紧固连接;所述第三远端结构骨与所述第三近端结构骨分布半径之比,和所述远端结构骨与所述近端结构骨的分布半径之比不同;所述第二比例反馈结构体包括第四远端间隔盘、第四远端固定盘、第四远端结构骨、第四近端结构骨以及第四结构骨引导通道;所述第四结构骨引导通道紧固连接在所述近端通道固定板和远端通道固定板之间,所述第四近端结构骨与第四远端结构骨一一对应紧固连接或为同一根第四结构骨,所述第四结构骨的一端与所述近端固定盘紧固连接,另一端依次穿过所述近端间隔盘、第四结构骨引导通道、第四远端间隔盘后与第四远端固定盘紧固连接;具有连接关系的每根所述第四远端结构骨与相应的所述第四近端结构骨之间在圆周上具有间隔角,各所述间隔角的角度相同。
所述柔性连续体结构本体还包括铰接驱动链,所述铰接驱动链包括旋转基座和驱动手柄,所述旋转基座转动连接在所述近端通道固定板的中心,其转轴垂直于所述近端通道固定板;所述驱动手柄为杆结构且前端与所述旋转基座转动连接,其转轴平行于所述近端通道固定板,所述驱动手柄可滑动且可转动地从所述近端固定盘的中心穿过。
所述中部连接体还包括刚性管体,所述刚性管体紧固连接在所述远端通道固定板靠近所述远端结构体的一侧,所述刚性管体中设置有与所述结构骨引导通道连通的腔道,所述结构骨从所述腔道中穿过。
所述同姿态反馈结构体还包括第二刚性管体,所述第二结构骨从第二刚性管体中穿过;所述第一比例反馈结构体还包括第三刚性管体,所述第三结构骨从第三刚性管体中穿过;所述第二比例反馈结构体还包括第四刚性管体,所述第四结构骨从第四刚性管体中穿过。
所述姿态反馈机构还包括姿态测量组件,所述姿态测量组件包括远端反馈结构骨、反馈结构骨引导通道和位置传感器;所述位置传感器紧固连接在所述近端通道固定板上,所述远端反馈结构骨的一端与所述远端固定盘紧固连接,另一端依次穿过所述远端间隔盘、反馈结构骨引导通道后与所述位置传感器连接。
在所述近端通道固定板与所述远端通道固定板之间设置有第三通道固定板,所述反馈结构骨引导通道紧固连接在所述第三通道固定板与所述远端通道固定板之间。
所述姿态反馈机构还包括姿态测量组件,所述姿态测量组件包括近端反馈结构骨和位置传感器,所述位置传感器紧固连接在所述近端通道固定板上,所述近端反馈结构骨的一端与所述近端固定盘紧固连接,另一端穿过所述近端间隔盘后与所述位置传感器连接。
所述姿态反馈机构还包括姿态测量组件,所述姿态测量组件包括第一关节角度传感器和第二关节角度传感器,其中,所述第一关节角度传感器用于测量所述旋转基座与所述近端通道固定板之间的相对旋转角度,所述第二关节角度传感器用于测量所述驱动手柄与所述旋转基座之间的相对旋转角度。
所述姿态反馈机构还包括姿态测量组件,所述姿态测量组件包括三个以上安装在所述近端通道固定板上的用于对所述近端固定盘上的特定点的距离进行测量的距离传感器。
所述位置传感器采用滑块直线式位置传感器。
本发明由于采取以上技术方案,其具有以下优点:1、本发明提出了一种手动驱动的远端可向任意方向弯转的柔性连续体结构,该柔性连续体结构包括远端结构体、中部连接体、近端结构体和铰接驱动链,其中远端结构体通过中部连接体与近端结构体关联,因此,通过铰接驱动链可驱动近端结构体向任意方向弯转,从而使远端结构体向相反的方向发生弯转运动。2、本发明设置有包括一个或多个反馈结构体在内的姿态反馈机构,因此可以通过与近端结构体关联的且与远端结构体在弯转角度、长度上存在一定关系的可视的反馈结构体,实现对远端结构体、近端结构体的姿态反馈。3、本发明设置有包括远端反馈结构骨和位置传感器在内的姿态测量组件,因此可以通过测量远端结构体中远端反馈结构骨的长度变化实现对远端结构体、近端结构体的姿态测量。4、本发明设置有包括近端反馈结构骨和位置传感器在内的姿态测量组件,因此可以通过测量近端结构体中近端反馈结构骨的长度变化实现对远端结构体、近端结构体的姿态测量。5、本发明设置有包括第一关节角度传感器和第二关节角度传感器在内的姿态测量组件,因此可以通过测量铰接驱动链中的关节角度值实现对远端结构体、近端结构体的姿态测量。6、本发明设置有包括距离传感器在内的姿态测量组件,因此可以通过测量近端固定盘上若干特定点的空间位置实现对远端结构体、近端结构体的姿态测量。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图;
图2是本发明铰接驱动链的结构示意图;
图3是本发明同姿态反馈结构体的结构示意图;
图4是本发明第一比例反馈结构体的结构示意图;
图5是本发明第二比例反馈结构体的结构示意图;
图6是本发明近端结构体的结构示意图;
图7是本发明采用第一种姿态测量组件的结构示意图;
图8是本发明采用第二种姿态测量组件的结构示意图;
图9是本发明采用第三种姿态测量组件的结构示意图;
图10是本发明采用第四种姿态测量组件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1、图2所示,本发明包括柔性连续体结构本体10和姿态反馈机构。
本发明的柔性连续体结构本体10包括远端结构体11、中部连接体15、近端结构体16和铰接驱动链18。远端结构体11包括远端间隔盘111、远端固定盘112和远端结构骨113,其中,远端间隔盘111间隔分布于远端结构体11中,作用是防止远端结构骨113在受推时失稳。近端结构体16包括近端间隔盘161、近端固定盘162和近端结构骨163,其中,近端间隔盘161间隔分布于近端结构体16中,作用是防止近端结构骨163在受推时失稳。位于近端结构体16上的近端结构骨163与位于远端结构体11上的远端结构骨113一一对应紧固连接或为同一根结构骨。近端结构体16和远端结构体11上的结构骨的数量均为三根以上。中部连接体15包括近端通道固定板152、远端通道固定板153、结构骨引导通道151和刚性管体154,其中,结构骨引导通道151紧固连接在近端通道固定板152与远端通道固定板153之间,刚性管体154紧固连接在远端通道固定板153靠近远端结构体11的一侧。结构骨的一端与近端固定盘162紧固连接,另一端依次穿过近端间隔盘161、结构骨引导通道151、刚性管体154、远端间隔盘111后与远端固定盘112紧固连接。结构骨引导通道151的作用是保持结构骨在受推、拉力时形状不变。
铰接驱动链18包括旋转基座181和驱动手柄182,其中,旋转基座181转动连接在近端通道固定板152的中心,其转轴垂直于近端通道固定板152所在平面;驱动手柄182为杆结构且前端与旋转基座181转动连接,其转轴平行于近端通道固定板152所在平面,驱动手柄182可滑动且可转动地从近端固定盘162的中心穿过,并且驱动手柄182的轴线垂直于近端固定盘162,驱动手柄182的后端设置有便于手持的把手。当手持驱动手柄182向空间内任意方向弯转时,将带动近端固定盘162向同一方向弯转,并保持近端结构体16在弯曲平面内的截面轮廓形状为近似圆弧形,进而推拉近端结构体16中的近端结构骨163使其在近端结构体16中的长度发生变化,从而使远端结构体11以一定比例(该比例由远端结构骨113和近端结构骨163的分布半径共同决定)向相反方向弯转。
本发明的姿态反馈机构包括一个或多个反馈结构体,反馈结构体可以是同姿态反馈结构体71、第一比例反馈结构体72或第二比例反馈结构体73。
如图1、图3和图6所示,同姿态反馈结构体71包括第二远端间隔盘711、第二远端固定盘712、第二远端结构骨713、第二近端结构骨714、第二结构骨引导通道715以及第二刚性管体716,其中,第二结构骨引导通道715紧固连接在近端通道固定板152和远端通道固定板153之间,第二近端结构骨714与第二远端结构骨713一一对应紧固连接或为同一根结构骨,结构骨的一端与近端固定盘162紧固连接,另一端依次穿过近端间隔盘161、第二结构骨引导通道715、第二刚性管体716、第二远端间隔盘711后与第二远端固定盘712紧固连接。第二远端结构骨713与第二近端结构骨714的分布半径之比,和远端结构骨113与近端结构骨163的分布半径之比一致;同姿态反馈结构体71与远端结构体11的长度一致。由此,当驱动近端结构体16弯转时,同姿态反馈结构体71发生弯转,并且弯转角度(包括弯转平面指向角度和在该弯转平面内的弯转角度)及长度均与远端结构体11一致。需要注意的是,同姿态反馈结构体71中的第二远端结构骨713、第二近端结构骨714的粗细、根数以及在相应间隔盘、固定盘上沿周向的分布角度均可以与相应远端结构骨113、近端结构骨163不同。同姿态反馈结构体71中第二远端间隔盘711的外形同样可以与远端结构体11中的远端间隔盘111不同。
如图1、图4和图6所示,第一比例反馈结构体72包括第三远端间隔盘721、第三远端固定盘722、第三远端结构骨723、第三近端结构骨724、第三结构骨引导通道725以及第三刚性管体726,其中,第三结构骨引导通道725紧固连接在近端通道固定板152和远端通道固定板153之间,第三近端结构骨724与第三远端结构骨723一一对应紧固连接或为同一根结构骨,结构骨的一端与近端固定盘162紧固连接,另一端依次穿过近端间隔盘161、第三结构骨引导通道725、第三刚性管体726、第三远端间隔盘721后与第三远端固定盘722紧固连接。第一比例反馈结构体72中的第三远端结构骨723、第三近端结构骨724的数目、粗细、分布半径以及在相应的间隔盘、固定盘上沿周向的分布角度均可以与相应远端结构骨113、近端结构骨163不同。因此,当驱动近端结构体16弯转时,远端结构体11将向相反的方向弯转,而第一比例反馈结构体72的弯转运动则拥有与远端结构体11相同的弯转平面指向但是在该弯转平面中不同的弯转角度,此弯转角度与远端结构体11在弯转平面中的的弯转角度呈一固定的比例系数,该比例系数由远端结构骨113、近端结构骨163、第三远端结构骨723和第三近端结构骨724的分布半径共同决定。
如图1、图5和图6所示,第二比例反馈结构体73包括第四远端间隔盘731、第四远端固定盘732、第四远端结构骨733、第四近端结构骨734、第四结构骨引导通道735以及第四刚性管体736,其中,第四结构骨引导通道735紧固连接在近端通道固定板152和远端通道固定板153之间,第四近端结构骨734与第四远端结构骨733一一对应紧固连接或为同一根结构骨,结构骨的一端与近端固定盘162紧固连接,另一端依次穿过近端间隔盘161、第四结构骨引导通道735、第四刚性管体736、第四远端间隔盘731后与第四远端固定盘732紧固连接。第二比例反馈结构体73中的第四远端结构骨733、第四近端结构骨734的数目、粗细以及在相应的间隔盘、固定盘上沿周向的分布角度均可以与相应远端结构骨113、近端结构骨163不同。进一步地,具有连接关系的每根第四远端结构骨733与相应的第四近端结构骨734之间在圆周上具有间隔角,各间隔角的角度相同。由此,当驱动近端结构体16弯转时,远端结构体11将向相反的方向弯转,而第二比例反馈结构体73的弯转平面指向角度则由上述间隔角的角度决定,优选地,当该间隔角为180°时,第二比例反馈结构体73的弯转平面指向与远端结构体11的弯转平面指向相反,第二比例反馈结构体73的弯转与远端结构体16的弯转成镜像关系。
在实际工程中,可以根据实际需求设置上述同姿态反馈结构体71、第一比例反馈结构体72和第二比例反馈结构体73中的一个或多个,观察者可通过位于可视位置的反馈结构体推断远端结构体11及近端结构体16的实际姿态。
进一步地,在刚性管体154中设置有与结构骨引导通道151连通的用于引导结构骨的腔道,本领域技术人员应该理解的是,用于引导结构骨的腔道同样可以由间隔分布于刚性管体154中的远端间隔盘111上的结构骨通过孔形成。
进一步地,近端通道固定板152与远端通道固定板153直接通过多根支柱156连接。
上述实施例中,姿态反馈机构还包括姿态测量组件,姿态测量组件用于对远端结构体11和近端结构体16的弯转角度值和长度值进行测量,从而精确地获得柔性连续体结构本体10的姿态参数。本发明提出了多种姿态测量组件,下面分别进行说明:
实施例一:
如图7所示,本实施例中的姿态测量组件包括远端反馈结构骨191、反馈结构骨引导通道192和位置传感器193。其中,位置传感器193固定连接在近端通道固定板152上,远端反馈结构骨191的一端与远端固定盘112紧固连接,另一端依次穿过远端间隔盘111、刚性管体154、反馈结构骨引导通道192后与位置传感器193连接。在本实施例中,当远端结构体11发生弯转时,将改变远端反馈结构骨191在远端结构体11中的长度,由此远端反馈结构骨191与位置传感器193的连接端将发生位移,被位置传感器193检测到。通过对远端结构体11中分布的不共面的三根以上的远端反馈结构骨191的长度的测量,可以计算出远端结构体11的弯转角度值以及长度值,其中弯转角度值包括远端结构体11的弯转平面指向角度值和在该弯转平面中的弯转角度值,进而根据远端结构骨113和近端结构骨163的分布半径和长度可得到近端结构体16的弯转角度值和长度值。
进一步地,位置传感器193采用滑块直线式位置传感器,位置传感器193中的滑块194与远端反馈结构骨191紧固连接。
进一步地,在近端通道固定板152与远端通道固定板153之间设置有第三通道固定板199,反馈结构骨引导通道192的一端与远端通道固定板153紧固连接,另一端与第三通道固定板199紧固连接。
实施例二:
如图8所示,本实施例中的姿态测量组件包括近端反馈结构骨195和位置传感器193。其中,位置传感器193固定连接在近端通道固定板152上,近端反馈结构骨195的一端与近端固定盘162紧固连接,另一端穿过近端间隔盘161、近端通道固定板152后与位置传感器193连接。在本实施例中,近端结构体16的弯转运动将改变近端反馈结构骨195在近端结构体16中的长度,由此近端反馈结构骨195与位置传感器193的连接端将发生位移,被位置传感器193检测到。通过对近端结构体16中分布的不共面的三根以上的近端反馈结构骨195的长度的测量,可以计算出近端结构体16的弯转角度值以及长度值,其中弯转角度值包括近端结构体16的弯转平面指向角度值和在该弯转平面中的弯转角度值,进而根据远端结构骨113和近端结构骨163的分布半径和长度可得到远端结构体11的弯转角度值和长度值。
进一步地,位置传感器193采用滑块直线式位置传感器,位置传感器193中的滑块194与近端反馈结构骨195紧固连接。
实施例三:
如图9所示,本实施例中的姿态测量组件包括第一关节角度传感器501和第二关节角度传感器502。其中,第一关节角度传感器501用于测量旋转基座181与近端通道固定板152之间的相对旋转角度,从而可进一步得到近端结构体16的弯转平面指向角度;第二关节角度传感器502用于测量驱动手柄182与旋转基座181之间的相对旋转角度,从而可进一步得到近端结构体16在上述弯转平面中的弯转角度。根据上述所测角度可得到近端结构体16的弯转角度值,进而根据远端结构骨113和近端结构骨163的分布半径可得到远端结构体11的弯转角度值。
实施例四:
如图10所示,本实施例中的姿态测量组件包括三个以上安装在近端通道固定板152上的距离传感器601,用于对近端固定盘162上的特定点的距离进行测量。距离传感器601可选用红外、激光等光学距离传感器,通过测量近端固定盘162上的至少三个特定点到近端通道固定板152的距离,可得到近端固定盘162相对于近端通道固定板152的指向和位置,从而得到近端结构体16的弯转角度值和长度值,进而根据远端结构骨113和近端结构骨163的分布半径和长度可得到远端结构体11的弯转角度值和长度值。
本发明仅以上述实施例进行说明,各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的。在本发明技术方案的基础上,凡根据本发明原理对个别部件进行的改进或等同变换,均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种可实现姿态反馈的柔性连续体结构,其特征在于:包括柔性连续体结构本体和姿态反馈机构;
所述柔性连续体结构本体包括远端结构体、近端结构体和中部连接体;所述远端结构体包括远端间隔盘、远端固定盘和远端结构骨;所述近端结构体包括近端间隔盘、近端固定盘和近端结构骨;所述近端结构骨与所述远端结构骨一一对应紧固连接成一根整体的结构骨或为同一根结构骨;所述中部连接体包括近端通道固定板、远端通道固定板和结构骨引导通道,所述结构骨引导通道紧固连接在所述近端通道固定板和远端通道固定板之间;所述结构骨的一端与所述近端固定盘紧固连接,另一端依次穿过所述近端间隔盘、结构骨引导通道、远端间隔盘后与远端固定盘紧固连接;
所述姿态反馈机构包括同姿态反馈结构体、第一比例反馈结构体和第二比例反馈结构体中的一个或多个;
所述同姿态反馈结构体包括第二远端间隔盘、第二远端固定盘、第二远端结构骨、第二近端结构骨以及第二结构骨引导通道;所述第二结构骨引导通道紧固连接在所述近端通道固定板和远端通道固定板之间,所述第二近端结构骨与第二远端结构骨一一对应紧固连接成一根整体的第二结构骨或为同一根第二结构骨,所述第二结构骨的一端与所述近端固定盘紧固连接,另一端依次穿过所述近端间隔盘、第二结构骨引导通道、第二远端间隔盘后与第二远端固定盘紧固连接;所述第二远端结构骨与所述第二近端结构骨分布半径之比,和所述远端结构骨与所述近端结构骨分布半径之比一致;所述同姿态反馈结构体与所述远端结构体的长度一致;
所述第一比例反馈结构体包括第三远端间隔盘、第三远端固定盘、第三远端结构骨、第三近端结构骨以及第三结构骨引导通道;所述第三结构骨引导通道紧固连接在所述近端通道固定板和远端通道固定板之间,所述第三近端结构骨与第三远端结构骨一一对应紧固连接成一根整体的第三结构骨或为同一根第三结构骨,所述第三结构骨的一端与所述近端固定盘紧固连接,另一端依次穿过所述近端间隔盘、第三结构骨引导通道、第三远端间隔盘后与第三远端固定盘紧固连接;所述第三远端结构骨与所述第三近端结构骨分布半径之比,和所述远端结构骨与所述近端结构骨的分布半径之比不同;
所述第二比例反馈结构体包括第四远端间隔盘、第四远端固定盘、第四远端结构骨、第四近端结构骨以及第四结构骨引导通道;所述第四结构骨引导通道紧固连接在所述近端通道固定板和远端通道固定板之间,所述第四近端结构骨与第四远端结构骨一一对应紧固连接成一根整体的第四结构骨或为同一根第四结构骨,所述第四结构骨的一端与所述近端固定盘紧固连接,另一端依次穿过所述近端间隔盘、第四结构骨引导通道、第四远端间隔盘后与第四远端固定盘紧固连接;具有连接关系的每根所述第四远端结构骨与相应的所述第四近端结构骨之间在圆周上具有间隔角,各所述间隔角的角度相同。
2.如权利要求1所述的可实现姿态反馈的柔性连续体结构,其特征在于:所述柔性连续体结构本体还包括铰接驱动链,所述铰接驱动链包括旋转基座和驱动手柄,所述旋转基座转动连接在所述近端通道固定板的中心,其转轴垂直于所述近端通道固定板;所述驱动手柄为杆结构且前端与所述旋转基座转动连接,其转轴平行于所述近端通道固定板,所述驱动手柄可滑动且可转动地从所述近端固定盘的中心穿过。
3.如权利要求1所述的可实现姿态反馈的柔性连续体结构,其特征在于:所述中部连接体还包括刚性管体,所述刚性管体紧固连接在所述远端通道固定板靠近所述远端结构体的一侧,所述刚性管体中设置有与所述结构骨引导通道连通的腔道,所述结构骨从所述腔道中穿过。
4.如权利要求3所述的可实现姿态反馈的柔性连续体结构,其特征在于:所述同姿态反馈结构体还包括第二刚性管体,所述第二结构骨从第二刚性管体中穿过;所述第一比例反馈结构体还包括第三刚性管体,所述第三结构骨从第三刚性管体中穿过;所述第二比例反馈结构体还包括第四刚性管体,所述第四结构骨从第四刚性管体中穿过。
5.如权利要求1所述的可实现姿态反馈的柔性连续体结构,其特征在于:所述姿态反馈机构还包括姿态测量组件,所述姿态测量组件包括远端反馈结构骨、反馈结构骨引导通道和位置传感器;所述位置传感器紧固连接在所述近端通道固定板上,所述远端反馈结构骨的一端与所述远端固定盘紧固连接,另一端依次穿过所述远端间隔盘、反馈结构骨引导通道后与所述位置传感器连接。
6.如权利要求5所述的可实现姿态反馈的柔性连续体结构,其特征在于:在所述近端通道固定板与所述远端通道固定板之间设置有第三通道固定板,所述反馈结构骨引导通道紧固连接在所述第三通道固定板与所述远端通道固定板之间。
7.如权利要求1所述的可实现姿态反馈的柔性连续体结构,其特征在于:所述姿态反馈机构还包括姿态测量组件,所述姿态测量组件包括近端反馈结构骨和位置传感器,所述位置传感器紧固连接在所述近端通道固定板上,所述近端反馈结构骨的一端与所述近端固定盘紧固连接,另一端穿过所述近端间隔盘后与所述位置传感器连接。
8.如权利要求2所述的可实现姿态反馈的柔性连续体结构,其特征在于:所述姿态反馈机构还包括姿态测量组件,所述姿态测量组件包括第一关节角度传感器和第二关节角度传感器,其中,所述第一关节角度传感器用于测量所述旋转基座与所述近端通道固定板之间的相对旋转角度,所述第二关节角度传感器用于测量所述驱动手柄与所述旋转基座之间的相对旋转角度。
9.如权利要求1所述的可实现姿态反馈的柔性连续体结构,其特征在于:所述姿态反馈机构还包括姿态测量组件,所述姿态测量组件包括三个以上安装在所述近端通道固定板上的用于对所述近端固定盘上的特定点的距离进行测量的距离传感器。
10.如权利要求5或7所述的可实现姿态反馈的柔性连续体结构,其特征在于:所述位置传感器采用滑块直线式位置传感器。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106217345B (zh) * 2016-08-31 2018-04-24 北京术锐技术有限公司 可实现姿态反馈的柔性连续体结构
CN107020620B (zh) * 2017-05-11 2020-07-14 上海交通大学 一种柔性分拣机器人系统
NL2019146B1 (en) * 2017-06-29 2019-01-14 Deam Holding B V Medical device with flexible tip
US20230225806A1 (en) * 2020-06-30 2023-07-20 Beijing Surgerii Technology Co., Ltd. Continuum instrument and surgical robot
CN113858260B (zh) * 2020-06-30 2023-11-17 北京术锐机器人股份有限公司 一种可整体驱动的柔性连续体结构及柔性机械臂
EP4173577A4 (en) * 2020-06-30 2024-07-10 Beijing Surgerii Robotics Company Ltd CONTINUUM INSTRUMENT AND SURGICAL ROBOT
CN113858261B (zh) * 2020-06-30 2023-03-10 北京术锐技术有限公司 一种可整体驱动的柔性连续体结构及柔性机械臂
CN114699622A (zh) * 2021-12-15 2022-07-05 中国人民解放军海军军医大学第一附属医院 可生长连续体器械及手术机器人

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN86206993U (zh) * 1986-09-20 1987-10-28 谌桂生 自适应通用柔性机械手机构
JPS63260776A (ja) * 1987-04-17 1988-10-27 株式会社小松製作所 可撓腕ロボツトの制御装置
US5190547A (en) * 1992-05-15 1993-03-02 Midas Rex Pneumatic Tools, Inc. Replicator for resecting bone to match a pattern
US7090637B2 (en) * 2003-05-23 2006-08-15 Novare Surgical Systems, Inc. Articulating mechanism for remote manipulation of a surgical or diagnostic tool
US7410483B2 (en) * 2003-05-23 2008-08-12 Novare Surgical Systems, Inc. Hand-actuated device for remote manipulation of a grasping tool
CA2526459C (en) * 2003-06-02 2008-06-17 Honda Motor Co., Ltd. Teaching data preparing method for articulated robot
US7147650B2 (en) * 2003-10-30 2006-12-12 Woojin Lee Surgical instrument
US8632461B2 (en) * 2005-06-21 2014-01-21 Koninklijke Philips N.V. System, method and apparatus for navigated therapy and diagnosis
JP5301867B2 (ja) * 2008-04-07 2013-09-25 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 医療用マニピュレータシステム
US8644988B2 (en) * 2010-05-14 2014-02-04 Intuitive Surgical Operations, Inc. Drive force control in medical instrument providing position measurements
JP2012096337A (ja) * 2010-11-05 2012-05-24 Ryutai Servo:Kk 剛性を有する複数の弾性ワイヤーを用いたパラレルメカニズム
EP2671689B1 (en) * 2011-01-31 2015-02-25 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Multi-joint arm robot, control method, and control program
US9179927B2 (en) * 2011-12-02 2015-11-10 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Surgical methods using a surgical device having a fixed angular orientation
US9539726B2 (en) * 2012-04-20 2017-01-10 Vanderbilt University Systems and methods for safe compliant insertion and hybrid force/motion telemanipulation of continuum robots
JP6441797B2 (ja) * 2012-08-14 2018-12-19 インテュイティブ サージカル オペレーションズ, インコーポレイテッド 最小侵襲器具におけるコンポーネントを構成するためのシステム及び方法
JP6053424B2 (ja) * 2012-09-25 2016-12-27 キヤノン株式会社 ロボット装置、ロボット制御方法、プログラム及び記録媒体
CN103085083B (zh) * 2013-01-07 2015-06-24 汪雯 可弯转可伸缩的柔性连续体机械结构
CN103340707B (zh) * 2013-07-10 2015-03-11 上海交通大学 外骨骼辅助康复治疗系统
CN103340731B (zh) * 2013-07-10 2015-04-08 上海交通大学 基于流体转换的外骨骼辅助康复治疗系统
CN103315781B (zh) * 2013-07-10 2015-03-18 上海交通大学 内窥镜无创手术系统
JP6238628B2 (ja) * 2013-08-06 2017-11-29 キヤノン株式会社 ロボット装置、ロボット制御方法、ロボット制御プログラム及びロボット装置を用いた部品の製造方法
CN103536366B (zh) * 2013-10-22 2015-08-19 同济大学 一种用于柔性微创手术机械手的自动锚爪支撑装置
JP2015123512A (ja) * 2013-12-25 2015-07-06 国立大学法人東京工業大学 動作伝達装置
CN103948435B (zh) * 2014-05-15 2016-04-13 上海交通大学 单孔腹腔镜微创手术机器人系统
CN106217345B (zh) * 2016-08-31 2018-04-24 北京术锐技术有限公司 可实现姿态反馈的柔性连续体结构
WO2018175737A1 (en) * 2017-03-22 2018-09-27 Intuitive Surgical Operations, Inc. Systems and methods for intelligently seeding registration
JP6708581B2 (ja) * 2017-04-07 2020-06-10 ライフロボティクス株式会社 教示装置、表示装置、教示プログラム及び表示プログラム

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