CN106361433B - 一种基于连续体结构的柔性手术工具系统 - Google Patents

一种基于连续体结构的柔性手术工具系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于连续体结构的柔性手术工具系统，包括柔性手术工具和驱动单元；柔性手术工具包括由远端结构体、近端结构体和中部连接体构成的柔性连续体结构；远端结构体包括远端构节，远端构节包括远端间隔盘、远端固定盘和结构骨；近端结构体包括近端构节，近端构节包括近端间隔盘、近端固定盘和结构骨；中部连接体包括通道固定板和结构骨引导通道；驱动单元包括电机部、运动转换部和多个直线运动机构；电机部包括第一固定板和第一电机；运动转换部包括多个传动链，每一传动链将第一电机的旋转输出转换为两根输出杆的直线运动并且通过无菌屏障传递给直线运动机构的输入端，直线运动机构的输出端与一根驱动骨的一端连接，驱动骨穿过近端间隔盘，另一端与近端固定盘连接。

Description

一种基于连续体结构的柔性手术工具系统
技术领域
本发明涉及一种基于连续体结构的柔性手术工具系统，属于医疗器械领域。
背景技术
多孔腹腔镜微创手术因其创口小、术后恢复快，已经在外科手术中占据了重要的地位。现有Intuitive Surgical公司的da Vinci手术机器人辅助医生完成多孔腹腔镜微创手术，取得了商业上的巨大成功。
微创术式在多孔腹腔镜手术之后又发展出单孔腹腔镜手术和经自然腔道的无创手术，它们对病人创伤更小、术后产出更高。但在单孔腹腔镜手术和经自然腔道的无创手术中，包括视觉照明模块和手术操作臂在内的所有手术器械均通过单一通道达到术部，这对手术器械的制备要求极为苛刻。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。
虽然Intuitive Surgical公司近期推出了da Vinci Single-Site手术机器人，其将原有的刚性手术器械改造为半刚性手术器械，并增加了预弯曲套管，一定程度上提升了手术器械的运动性能，但仍无法从根本上解决传统微型手术器械所面临的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的一个目的是提供一种基于连续体结构的柔性手术工具系统，该柔性手术工具系统能够较好地应用于经人体自然腔道或经单一手术切口并且实施手术的机器人系统。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于连续体结构的柔性手术工具系统，其特征在于：它包括柔性手术工具和驱动单元；所述柔性手术工具包括由远端结构体、近端结构体和中部连接体构成的柔性连续体结构；所述远端结构体包括至少一个远端构节，所述远端构节包括远端间隔盘、远端固定盘和结构骨；所述近端结构体包括数量与所述远端构节数相等的近端构节，所述近端构节包括近端间隔盘、近端固定盘和结构骨；所述中部连接体包括两个通道固定板和设置在两所述通道固定板之间的结构骨引导通道；所述远端构节中的结构骨与所述近端构节中的结构骨一一对应紧固连接或为同一根结构骨，所述结构骨的一端与所述近端固定盘紧固连接，依次穿过所述近端间隔盘、所述结构骨引导通道、所述远端间隔盘，另一端与所述远端固定盘紧固连接；所述驱动单元包括电机部、运动转换部和多个直线运动机构，其中，在所述运动转换部与所述直线运动机构之间设置有无菌屏障；所述电机部包括第一固定板和紧固连接在所述第一固定板上的第一电机，所述运动转换部包括多个传动链，每一所述传动链将所述第一电机的旋转输出转换为两根输出杆的直线运动，所述输出杆的直线运动通过所述无菌屏障传递给所述直线运动机构的输入端推拉杆，所述直线运动机构的输出端与一根驱动骨的一端紧固连接，所述驱动骨穿过所述近端间隔盘，另一端与所述近端固定盘紧固连接。
所述直线运动机构包括紧固连接在两个所述通道固定板之间的光轴和滑动连接在所述光轴上的滑块，所述滑块作为所述直线运动机构的输出端与所述驱动骨紧固连接，所述滑块还与一推拉杆的一端紧固连接，所述推拉杆的另一端穿过所述通道固定板且通过所述无菌屏障与所述输出杆连接。
所述运动转换部还包括设置在所述第一固定板前方的第二固定板、第三固定板和第四固定板；每一所述传动链包括间隔转动支撑在所述第三固定板与所述第四固定板之间的第一螺杆和第二螺杆，所述第一螺杆的后端依次穿过所述第三固定板和第二固定板且通过联轴器与所述第一电机的输出轴连接，在位于所述第二固定板与所述第三固定板之间的所述第一螺杆上紧固连接第一齿轮，所述第一齿轮通过惰轮传动连接第二齿轮，所述第二齿轮紧固连接在所述第二螺杆上；位于所述第三固定板与所述第四固定板之间的所述第一螺杆和第二螺杆上分别配合连接有第一螺母和第二螺母；两根所述输出杆分别与第一螺母和第二螺母紧固连接且前端穿过所述第四固定板。
所述无菌屏障包括第一隔离板、第二隔离板、多个紧固连接在所述第一隔离板与所述第二隔离板之间的套管，以及与所述套管数量相同的基座导杆；所述基座导杆的一端通过锁紧机构与一根所述输出杆的前端连接，所述基座导杆的另一端伸入所述套管且通过快速锁紧机构与一根推拉杆的后端连接；在所述第一隔离板上紧固连接有用于将系统可消毒的部分与未消毒的部分进行隔离的无菌膜。
所述快速锁紧机构包括咬合块，在所述推拉杆的后端设置有与所述咬合块相配合的咬合槽，所述咬合块的后部设置有两个铰接点，其中一个所述铰接点与所述基座导杆铰接，另一个所述铰接点通过连杆与摇杆的一端连接，所述摇杆的另一端与所述基座导杆铰接；在所述套管上设置有供所述咬合块、连杆、摇杆发生转动的第一槽；在所述第二隔离板的前侧连接有复位弹簧，在所述复位弹簧的前端紧固连接有复位挡环；所述复位弹簧处于松弛状态时，所述复位挡环贴靠所述套管上的第一槽且顶住所述连杆与所述摇杆的连接点。
在所述第一隔离板的后侧设置有与各所述套管滑动连接的开关挡环，所述开关挡环通过通孔套设在各所述套管上，在所述开关挡环的各所述通孔中分别设置有突起特征，在所述套管上与所述第一槽相对的一侧开设有第二槽，所述连杆为U形连杆且一端靠近所述第二槽；当所述开关挡环沿各所述套管向后滑动时，各所述突起特征沿所述第二槽滑动并碰触U形连杆的端部，使所述U形连杆发生转动。
所述锁紧机构包括紧固连接在所述基座导杆上的带有螺纹通孔的锁紧头，在所述螺纹通孔中配合连接有锁紧螺钉，当所述锁紧螺钉旋入所述螺纹通孔时顶紧所述输出杆。
在所述远端结构体的前端设置有手术执行器，所述手术执行器的控线从所述远端结构体中穿过，另一端与位于所述通道固定板上的手术执行器驱动机构连接，所述手术执行器驱动机构包括紧固连接在所述通道固定板上的基座，在所述基座上转动设置有连杆，所述连杆的一端连接第一滑块，所述第一滑块与第二推拉杆紧固连接，所述第二推拉杆的后端穿过所述通道固定板且向后延伸；所述连杆的另一端连接第二滑块，所述第二滑块滑动连接在与所述通道固定板紧固连接的滑槽中，所述第二滑块与所述控线紧固连接；在所述第一固定板上紧固连接有第二电机，所述运动转换部还包括第二传动链，所述第二传动链将所述第二电机的旋转输出转换为第二输出杆的直线运动；所述第二输出杆的直线运动通过所述无菌屏障传递给所述第二推拉杆。
所述运动转换部还包括设置在所述第一固定板前方的第二固定板、第三固定板和第四固定板；所述第二传动链包括第三螺杆，所述第三螺杆的后端通过位于所述第一固定板与所述第二固定板之间的联轴器与所述第二电机连接，所述第三固定板和所述第四固定板均转动支撑所述第三螺杆，在位于所述第三固定板与所述第四固定板之间的所述第三螺杆上配合连接第三螺母，所述第三螺母与所述第二输出杆紧固连接。
还包括壳体，所述第一固定板与所述壳体转动连接，在所述壳体的内壁紧固连接有内齿圈；在所述第一固定板上紧固连接有第三电机，所述第三电机的输出轴通过联轴器连接一根轴，所述轴的前端紧固连接有齿轮，所述齿轮通过惰轮传动连接另一齿轮，所述另一齿轮与所述内齿圈啮合。
还包括壳体和线性模组，所述线性模组包括支架体、紧固连接在所述支架体上的第四电机以及与所述第四电机的输出轴紧固连接的直线进给机构，所述直线进给机构的输出端紧固连接所述壳体，所述第四电机通过所述直线进给机构驱动所述壳体带动所述驱动单元、无菌屏障和柔性手术工具进行直线运动。
所述直线进给机构包括转动连接在所述支架体上的丝杠，在所述丝杠上套设有与所述丝杠通过螺纹配合的第三滑块，在所述支架体上设置有直线滑槽，所述第三滑块滑动设置在所述直线滑槽中；所述第四电机的输出轴通过联轴器与所述丝杠紧固连接。
所述第一螺杆和所述第二螺杆的螺旋方向不同，并且所述第一螺杆与所述第二螺杆的螺距相同。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用包括近端结构体、中部连接体和远端结构体的柔性连续体结构为主体，并配合以驱动单元，其中，远端结构体通过中部连接体与近端结构体关联，驱动单元与近端结构体关联，当驱动单元驱动近端结构体向任意方向弯转时，远端结构体相应地向相反的方向弯转，因此可实现由远端结构体和封皮所构成的柔性手术臂的任意向弯转运动。2、本发明驱动单元包括直线运动机构、电机部和运动转换部，其中，直线运动机构的推拉杆通过驱动骨连接近端结构体，运动转换部中的传动链能够将电机部中一个电机的输出转换为两根输出杆的协同直线运动，该输出杆与直线运动机构的推拉杆通过无菌屏障进行连接，从而有效地将系统未消毒的部分与已消毒的部分进行隔离，保证临床手术的可实施性。3、本发明无菌屏障包括基座导杆，基座导杆的一端与传动链的输出杆通过锁紧机构连接，另一端与直线运动机构的推拉杆通过快速锁紧机构连接，因此，增强了整个系统的模块化和使用灵活性。4、本发明在远端结构体的前端设置有手术执行器，手术执行器的控线穿过远端结构体，另一端与位于中部连接体处的手术执行器驱动机构连接，并且在电机部设置有用于驱动控线推拉的电机，电机的输出通过另一传动链、穿过无菌屏障到达手术执行器驱动机构，从而实现对手术执行器的动作控制。5、本发明还设置有壳体，驱动单元与壳体之间采用可转动的连接方式，在壳体的内壁紧固设置有内齿圈，在电机部设置有用于驱动除壳体、内齿圈以外的部分进行旋转的电机，电机的输出轴上紧固连接的齿轮通过惰轮连接另一齿轮，另一齿轮与齿圈啮合，因此，利用电机能驱动除壳体、内齿圈以外的部分整体进行旋转，从而对手术执行器的横滚角度进行调节。6、本发明还设置有线性模组，其与壳体部分进行连接且可以带动壳体进行线性运动，因此，柔性手术臂还具有线性进给自由度。
本发明可应用于单孔腔镜手术，也可应用于经自然腔道无创手术。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明远端结构体的结构示意图；
图3是本发明柔性连续体结构在远端结构体的外部套设封皮状态下的结构示意图；
图4是本发明近端结构体的结构示意图；
图5是本发明中部连接体的结构示意图；
图6是本发明直线运动机构及手术执行器驱动机构的结构示意图；
图7是本发明驱动单元的电机部及运动转换部的结构示意图；
图8是本发明传动链的结构示意图；
图9是本发明无菌屏障的结构示意图；
图10是本发明无菌屏障隐藏套管后在基座导杆与推拉杆锁合时的结构示意图；
图11是本发明基座导杆与推拉杆锁合时的剖面示意图；
图12是本发明无菌屏障隐藏套管后在基座导杆与推拉杆解锁时的结构示意图；
图13是本发明基座导杆与推拉杆分离时的剖面示意图；
图14是本发明部分驱动单元和线性模组的结构示意图；
图15本发明远端结构体采用柔性鞘套时的结构示意图。
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所示，本发明包括柔性手术工具10和驱动单元20。柔性手术工具10包括由远端结构体101(如图2所示)、近端结构体102(如图3所示)和中部连接体103(如图5所示)构成的柔性连续体结构；其中，远端结构体101通过中部连接体103与近端结构体102关联；驱动单元20与近端结构体102关联，当驱动单元20驱动近端结构体102向任意方向弯转时，远端结构体101相应地向相反的方向弯转。
如图2所示，远端结构体101包括两个远端构节104、105，第一远端构节104包括第一远端间隔盘106、第一远端固定盘107和第一构节结构骨108；第二远端构节105包括第二远端间隔盘109、第二远端固定盘110和第二构节结构骨111。其中，第一远端间隔盘106和第二远端间隔盘109分别间隔分布于第一远端构节104和第二远端构节105中，作用是防止第一构节结构骨108和第二构节结构骨111在受推时失稳。
如图3、图4所示，近端结构体102包括两个近端构节112、113，第一近端构节112包括第一近端间隔盘114、第一近端固定盘115和第一构节结构骨116；第二近端构节113包括第二近端间隔盘117、第二近端固定盘118和第二构节结构骨119；其中，第一近端间隔盘114和第二近端间隔盘117分别间隔分布于第一近端构节112和第二近端构节113中，作用是防止第一构节结构骨116和第二构节结构骨119在受推时失稳。位于第一近端构节112中的第一构节结构骨116与位于第一远端构节104中的第一构节结构骨108一一对应紧固连接或为同一根结构骨；位于第二近端构节113中的第二构节结构骨119与位于第二远端构节105中的第二构节结构骨111一一对应紧固连接或为同一根结构骨。对于每一近端构节112、113和每一远端构节104、105，结构骨的数量为三根以上。
如图5所示，中部连接体103包括两个通道固定板120和固定连接在两个通道固定板120之间的结构骨引导通道121。第一构节结构骨116(108)的一端与第一近端固定盘115紧固连接，另一端依次穿过第一近端间隔盘114、结构骨引导通道121、第一远端间隔盘106后与第一远端固定盘107紧固连接。第二构节结构骨119(111)的一端与第二近端固定盘118紧固连接，另一端依次穿过第二近端间隔盘117、结构骨引导通道121、第一远端构节104、第二远端间隔盘109后与第二远端固定盘110紧固连接。结构骨引导通道121的作用是保持结构骨受推、拉力时形状不变。
上述远端结构体101所包括的远端构节数以及近端结构体102所包括的近端构节数也可以是一个或者多于两个，但是近端构节数须与远端构节数保持一致。此外，当远端结构体101所包括的远端构节数为两个以上时，各远端构节之间采用串联的方式连接，即第二构节结构骨从第一远端固定盘、第一远端间隔盘(若第一构节结构骨采用管状结构，也可从第一构节结构骨内穿过)上穿过；当近端结构体102所包括的近端构节数为两个以上时，各构节之间可以采用串联连接、独立设置或嵌套设置(如图4所示)等。
驱动单元20包括多个设置在两个通道固定板120之间的直线运动机构201(如图3、图6所示)，每一个直线运动机构201包括一根推拉杆205和一个与推拉杆205紧固连接的滑块204，滑块204与一根驱动骨202的一端紧固连接，驱动骨202的另一端穿过第一近端间隔盘114后与第一近端固定盘115紧固连接或穿过第二近端间隔盘117后与第二近端固定盘118紧固连接。在本实施例中，驱动骨202共有八根，其中的四根与第一近端固定盘115连接，另四根与第二近端固定盘118连接。通过直线运动机构201协同推拉与第一近端构节112连接的驱动骨202，可实现第一近端构节112向任意方向弯转的两个自由度；当第一近端构节112向某个方向弯转时，第一远端构节104将以一定的比例关系(由第一构节结构骨116和第一构节结构骨108的分布半径共同决定)向相反的方向弯转；类似地，通过直线运动机构201协同推拉与第二近端构节113连接的驱动骨202，可实现第二近端构节113向任意方向弯转的两个自由度；当第二近端构节113向某个方向弯转时，第二远端构节105将以一定的比例关系(由第二构节结构骨119和第二构节结构骨111的分布半径共同决定)向相反的方向弯转。
如图6所示，直线运动机构201还包括固定连接在两个通道固定板120之间的光轴203；滑块204滑动连接在光轴203上；推拉杆205穿过通道固定板120向后延伸。
如图7、图8所示，驱动单元20还包括电机部206和运动转换部207，电机部206包括第一固定板208和多个(本实施例为四个)与第一固定板208紧固连接的用于为驱动骨202提供驱动力的电机209；本实施例中，运动转换部207包括多条(本实施例为四条)传动链210，每条传动链210将一个电机209的旋转输出转换为两根输出杆221、222的直线运动，两根输出杆221、222的直线运动最终相应地传递给两根推拉杆205，从而带动一对驱动骨202完成协同推拉运动。
如图7、图8所示，运动转换部207还包括设置在第一固定板208前方的第二固定板211、第三固定板212和第四固定板245。每一传动链210包括间隔转动支撑在第三固定板212与第四固定板245之间的第一螺杆213和第二螺杆214，其中，第一螺杆213的一端顺次穿过第三固定板212和第二固定板211且通过联轴器215与电机209的输出轴连接。在位于第二固定板211与第三固定板212之间的第一螺杆213上紧固连接第一齿轮216；第一齿轮216通过惰轮217传动连接第二齿轮218，第二齿轮218紧固连接在第二螺杆214上，第二螺杆214的一端穿过第三固定板212。第一螺杆213和第二螺杆214的螺旋方向须不同，如第一螺杆213和第二螺杆214分别为左旋螺杆和右旋螺杆，优选地，第一螺杆213和第二螺杆214的螺距相同。在位于第三固定板212与第四固定板245之间的第一螺杆213和第二螺杆214上分别配合连接有第一螺母219和第二螺母220，第一螺母219与输出杆221紧固连接，第二螺母220与输出杆222紧固连接。输出杆221和输出杆222穿过第四固定板245，为传动链210的输出端。
如图1、图9所示，驱动单元20的直线运动机构201与运动转换部207之间通过无菌屏障223进行连接。无菌屏障223包括第一隔离板224、第二隔离板225、多个固定连接在第一隔离板224与第二隔离板225之间的套管226，以及数量与套管226相匹配的基座导杆227。每一基座导杆227的一端通过锁紧机构228与传动链210的输出杆221或输出杆222连接，另一端伸入套管226且通过快速锁紧机构229与推拉杆205连接。在靠近直线运动机构201一侧的第一隔离板224上紧固连接有无菌膜230，用于将可消毒部分(如柔性手术工具10、直线运动机构201等位于无菌屏障223之前的部分)与未消毒的部分(如运动转换部207、电机部206、线性模组50等位于无菌屏障223之后的部分)进行隔离，保证手术的临床可实施性。
上述实施例中，如图9所示，锁紧机构228包括紧固连接在基座导杆227上的锁紧头231和通过螺纹连接在锁紧头231上的锁紧螺钉232，当输出杆221或222插入基座导杆227上的锁紧头231中以后，通过旋转锁紧螺钉232可将输出杆221或222顶紧在锁紧头231中，由此实现基座导杆227与输出杆221或输出杆222之间的连接。
上述实施例中，如图10～13所示，快速锁紧机构229包括咬合块233，在推拉杆205的后端设置有与咬合块233形状相匹配的咬合槽，咬合块233的后部设置有两个铰接点234、235，其中一个铰接点234与基座导杆227铰接，另一铰接点235通过连杆236与摇杆237的一端连接，摇杆237的另一端与基座导杆227铰接。当连杆236和摇杆237发生转动时，可以使咬合块233咬紧或者松开推拉杆205，从而实现快速连接或拆分。在套管226上开设有供咬合块233、连杆236、摇杆237发生转动的第一槽；在第二隔离板225的前侧连接有复位弹簧238，在复位弹簧238的前端紧固连接有复位挡环239。当复位弹簧238处于松弛状态时，复位挡环239贴靠各套管226的第一槽且顶住连杆236与摇杆237的连接点，此时咬合块233与推拉杆205咬合。在第一隔离板224的后侧设置有与各套管226滑动连接的开关挡环240，开关挡环240通过通孔套设在各套管226上，在开关挡环240的各所述通孔中分别设置有突起特征246，在套管226上与第一槽相对的一侧开设有第二槽，连杆236呈U形(如图11所示)且一端靠近第二槽，当开关挡环240向后移动时，突起特征246沿第二槽滑动并触碰连杆236，使所述连杆236转动，解除连杆236与摇杆237的死点状态，使咬合块233张开。开关挡环240的后侧设置有用于推动复位挡环239的顶块241。当开关挡环240推动复位挡环239向后移动时，复位挡环239避开套管226上的第一槽而不再对连杆236和摇杆237形成限制，此时连杆236与摇杆237的连接点转至套管226上的第一槽外，咬合块223将松开推拉杆205，此时复位弹簧238处于压缩状态；当撤去开关挡环240上的推动力时，复位挡环239在复位弹簧238的作用下回到原位。
上述实施例中，无菌屏障223还包括外壳242，第一隔离板224和第二隔离板225均与外壳242紧固连接，在开关挡环240的外侧紧固连接一手柄243，在外壳242上开设有沿前后方向延伸的滑槽244(如图1所示)，手柄243滑动设置在滑槽244中。操作人员通过手柄243可以移动开关挡环240，从而实现基座导杆227与推拉杆205的连接或拆分。
上述实施例中，在远端结构体101的前端设置有手术执行器30(如图1、图2所示)，手术执行器30的控线301从远端结构体101中穿过，另一端与位于通道固定板120上的手术执行器驱动机构302(如图6所示)连接，手术执行器驱动机构302通过对控线301的物理推拉实现对手术执行器30(如手术钳)的控制。控线301同样也可以传递如电能、高频振动等各种形式的能量从而实现手术执行器30的特定手术功能。手术执行器驱动机构302包括紧固连接在通道固定板120上的基座303，在基座303上转动设置有连杆304，连杆304的一端连接有第一滑块305，第一滑块305与推拉杆306固定连接，推拉杆306的后端穿过通道固定板120且向后延伸。连杆305的另一端连接有第二滑块307，第二滑块307滑动连接于紧固连接在通道固定板120中心处的滑槽308中，第二滑块307与控线301紧固连接。相应地，在电机部第一固定板208上紧固连接有用于为推拉杆306提供驱动力的电机309(如图8所示)，电机309的输出轴通过联轴器310连接第三螺杆311的一端，第三螺杆311的另一端转动支撑在第四固定板245上，在位于第三固定板212与第四固定板245之间的第三螺杆311上配合连接有第三螺母312，第三螺母312与输出杆313固定连接。输出杆313与推拉杆306亦通过前述的位于无菌屏障223上的基座导杆227传递推拉驱动。
上述实施例中，如图1、图8和图14所示，本发明还包括壳体40。第一固定板208、第二固定板211、第三固定板212和第四固定板245均与壳体40转动连接，壳体40的内壁紧固连接内齿圈401，在第一固定板208上紧固连接有电机402，电机402的输出轴通过联轴器403连接轴404，轴404的前端紧固连接齿轮405，齿轮405通过惰轮406传动连接与内齿圈401啮合的齿轮407。当电机402的输出轴旋转时，其通过轴404带动齿轮405旋转，齿轮405通过惰轮406带动齿轮407旋转，齿轮407将沿内齿圈401行走，从而带动除壳体40和内齿圈401以外的全部结构绕内齿圈401的轴线进行旋转，从而实现柔性手术工具10的整体旋转，并实现对远端结构体101和手术执行器30的横滚角度控制。
上述实施例中，如图1所示，本发明还包括线性模组50(线性模组50亦通过无菌膜230与已消毒部分隔离开)，其包括带有滑槽的支架体501，在支架体501上转动设置有丝杠502，在丝杠502上套设有与丝杠502通过螺纹配合且滑动设置在滑槽中的滑块503，在支架体501的一端设置有电机504，电机504的输出轴与丝杠502通过联轴器紧固连接。壳体40与滑块503紧固连接。当电机504的输出轴转动时，滑块503将带动壳体40沿滑槽做线性运动，从而实现柔性手术工具10的进给运动。
上述实施例中，如图1所示，在远端结构体101的外部设置有封皮122，其作用为改善远端结构体101进入人体自然腔道或手术切口的顺畅性。在封皮122的外部还可以设置鞘套60(如图2所示)，在一种应用中，鞘套60固定于腹腔的单一切口处，远端结构体101连同封皮122、手术执行器30可以自由穿过鞘套60上供手术工具通过的通孔到达术部。如图15所示，鞘套60也可以采用柔性鞘套，其可以更容易地伸入人体的各类自然腔道并随着腔道的形状而自适应改变外形，柔性鞘套的一端固定于腔道入口处，远端结构体101连同封皮122、手术执行器30同样可以自由穿过柔性鞘套上供手术工具通过的通孔到达术部。
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 (13)

1.一种基于连续体结构的柔性手术工具系统，其特征在于：它包括柔性手术工具和驱动单元；所述柔性手术工具包括由远端结构体、近端结构体和中部连接体构成的柔性连续体结构；所述远端结构体包括至少一个远端构节，所述远端构节包括远端间隔盘、远端固定盘和结构骨；所述近端结构体包括数量与所述远端构节数相等的近端构节，所述近端构节包括近端间隔盘、近端固定盘和结构骨；所述中部连接体包括两个通道固定板和设置在两所述通道固定板之间的结构骨引导通道；所述远端构节中的结构骨与所述近端构节中的结构骨一一对应紧固连接或为同一根结构骨，所述结构骨的一端与所述近端固定盘紧固连接，依次穿过所述近端间隔盘、所述结构骨引导通道、所述远端间隔盘，另一端与所述远端固定盘紧固连接；
所述驱动单元包括电机部、运动转换部和多个直线运动机构，其中，在所述运动转换部与所述直线运动机构之间设置有无菌屏障；所述电机部包括第一固定板和紧固连接在所述第一固定板上的第一电机，所述运动转换部包括多个传动链，每一所述传动链将所述第一电机的旋转输出转换为两根输出杆的直线运动，所述输出杆的直线运动通过所述无菌屏障传递给所述直线运动机构的输入端推拉杆，所述直线运动机构的输出端与一根驱动骨的一端紧固连接，所述驱动骨穿过所述近端间隔盘，另一端与所述近端固定盘紧固连接。
2.如权利要求1所述的一种基于连续体结构的柔性手术工具系统，其特征在于：所述直线运动机构包括紧固连接在两个所述通道固定板之间的光轴和滑动连接在所述光轴上的滑块，所述滑块作为所述直线运动机构的输出端与所述驱动骨紧固连接，所述滑块还与一输入端推拉杆的一端紧固连接，所述输入端推拉杆的另一端穿过所述通道固定板且通过所述无菌屏障与所述输出杆连接。
3.如权利要求1所述的一种基于连续体结构的柔性手术工具系统，其特征在于：所述运动转换部还包括设置在所述第一固定板前方的第二固定板、第三固定板和第四固定板；每一所述传动链包括间隔转动支撑在所述第三固定板与所述第四固定板之间的第一螺杆和第二螺杆，所述第一螺杆的后端依次穿过所述第三固定板和第二固定板且通过联轴器与所述第一电机的输出轴连接，在位于所述第二固定板与所述第三固定板之间的所述第一螺杆上紧固连接第一齿轮，所述第一齿轮通过惰轮传动连接第二齿轮，所述第二齿轮紧固连接在所述第二螺杆上；位于所述第三固定板与所述第四固定板之间的所述第一螺杆和第二螺杆上分别配合连接有第一螺母和第二螺母；两根所述输出杆分别与第一螺母和第二螺母紧固连接且前端穿过所述第四固定板。
4.如权利要求1所述的一种基于连续体结构的柔性手术工具系统，其特征在于：所述无菌屏障包括第一隔离板、第二隔离板、多个紧固连接在所述第一隔离板与所述第二隔离板之间的套管，以及与所述套管数量相同的基座导杆；所述基座导杆的一端通过锁紧机构与一根所述输出杆的前端连接，所述基座导杆的另一端伸入所述套管且通过快速锁紧机构与一根输入端推拉杆的后端连接；在所述第一隔离板上紧固连接有用于将系统可消毒的部分与未消毒的部分进行隔离的无菌膜。
5.如权利要求4所述的一种基于连续体结构的柔性手术工具系统，其特征在于：所述快速锁紧机构包括咬合块，在所述输入端推拉杆的后端设置有与所述咬合块相配合的咬合槽，所述咬合块的后部设置有两个铰接点，其中一个所述铰接点与所述基座导杆铰接，另一个所述铰接点通过连杆与摇杆的一端连接，所述摇杆的另一端与所述基座导杆铰接；在所述套管上设置有供所述咬合块、连杆、摇杆发生转动的第一槽；在所述第二隔离板的前侧连接有复位弹簧，在所述复位弹簧的前端紧固连接有复位挡环；所述复位弹簧处于松弛状态时，所述复位挡环贴靠所述套管上的第一槽且顶住所述连杆与所述摇杆的连接点。
6.如权利要求5所述的一种基于连续体结构的柔性手术工具系统，其特征在于：在所述第一隔离板的后侧设置有与各所述套管滑动连接的开关挡环，所述开关挡环通过通孔套设在各所述套管上，在所述开关挡环的各所述通孔中分别设置有突起特征，在所述套管上与所述第一槽相对的一侧开设有第二槽，所述连杆为U形连杆且一端靠近所述第二槽；当所述开关挡环沿各所述套管向后滑动时，各所述突起特征沿所述第二槽滑动并碰触U形连杆的端部，使所述U形连杆发生转动。
7.如权利要求4所述的一种基于连续体结构的柔性手术工具系统，其特征在于：所述锁紧机构包括紧固连接在所述基座导杆上的带有螺纹通孔的锁紧头，在所述螺纹通孔中配合连接有锁紧螺钉，当所述锁紧螺钉旋入所述螺纹通孔时顶紧所述输出杆。
8.如权利要求3所述的一种基于连续体结构的柔性手术工具系统，其特征在于：在所述远端结构体的前端设置有手术执行器，所述手术执行器的控线从所述远端结构体中穿过，另一端与位于所述通道固定板上的手术执行器驱动机构连接，所述手术执行器驱动机构包括紧固连接在所述通道固定板上的基座，在所述基座上转动设置有连杆，所述连杆的一端连接第一滑块，所述第一滑块与第二推拉杆紧固连接，所述第二推拉杆的后端穿过所述通道固定板且向后延伸；所述连杆的另一端连接第二滑块，所述第二滑块滑动连接在与所述通道固定板紧固连接的滑槽中，所述第二滑块与所述控线紧固连接；
在所述第一固定板上紧固连接有第二电机，所述运动转换部还包括第二传动链，所述第二传动链将所述第二电机的旋转输出转换为第二输出杆的直线运动；所述第二输出杆的直线运动通过所述无菌屏障传递给所述第二推拉杆。
9.如权利要求8所述的一种基于连续体结构的柔性手术工具系统，其特征在于：所述运动转换部还包括设置在所述第一固定板前方的第二固定板、第三固定板和第四固定板；所述第二传动链包括第三螺杆，所述第三螺杆的后端通过位于所述第一固定板与所述第二固定板之间的联轴器与所述第二电机连接，所述第三固定板和所述第四固定板均转动支撑所述第三螺杆，在位于所述第三固定板与所述第四固定板之间的所述第三螺杆上配合连接第三螺母，所述第三螺母与所述第二输出杆紧固连接。
10.如权利要求8所述的一种基于连续体结构的柔性手术工具系统，其特征在于：还包括壳体，所述第一固定板与所述壳体转动连接，在所述壳体的内壁紧固连接有内齿圈；在所述第一固定板上紧固连接有第三电机，所述第三电机的输出轴通过联轴器连接一根轴，所述轴的前端紧固连接有齿轮，所述齿轮通过惰轮传动连接另一齿轮，所述另一齿轮与所述内齿圈啮合。
11.如权利要求10所述的一种基于连续体结构的柔性手术工具系统，其特征在于：还包括壳体和线性模组，所述线性模组包括支架体、紧固连接在所述支架体上的第四电机以及与所述第四电机的输出轴紧固连接的直线进给机构，所述直线进给机构的输出端紧固连接所述壳体，所述第四电机通过所述直线进给机构驱动所述壳体带动所述驱动单元、无菌屏障和柔性手术工具进行直线运动。
12.如权利要求11所述的一种基于连续体结构的柔性手术工具系统，其特征在于：所述直线进给机构包括转动连接在所述支架体上的丝杠，在所述丝杠上套设有与所述丝杠通过螺纹配合的第三滑块，在所述支架体上设置有直线滑槽，所述第三滑块滑动设置在所述直线滑槽中；所述第四电机的输出轴通过联轴器与所述丝杠紧固连接。
13.如权利要求3所述的一种基于连续体结构的柔性手术工具系统，其特征在于：所述第一螺杆和所述第二螺杆的螺旋方向不同，并且所述第一螺杆与所述第二螺杆的螺距相同。
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