CN108606847B - 肝脏吸附分离软体机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了肝脏吸附分离软体机器人。该机器人系统包括气泵1、控制系统2、扩展连接件3、机器人基座4、左下固定底座5、左上固定底座6、步进电机7、丝杠8、驱动齿轮9、电机齿轮10、左下固定底座11、左上固定底座12、驱动齿轮13、驱动齿轮14、软气管15、软气管16、软气管17、软手指固定基座18、软手指模块19、软手指模块20、伺服电机21、丝杠滑块22、右下固定底座23、右上固定底座24、伺服电机25、驱动齿轮26、驱动齿轮27、驱动齿轮28、丝杠滑块29、右下固定底座30、丝杠31、步进电机32、电机齿轮33、右上固定底座34、软手指固定基座35、软手指模块36、软手指模块37、软手指吸盘38、软手指空腔39、手指驱动模块40。本发明软体机器人可实现自动对需要操作的肝脏进行分离。
Description
技术领域
本发明涉及肝脏吸附分离软体机器人，属于软体机器人领域，具体为软体手指与分离控制部分的结构设计。
背景技术
当进行肝脏手术时，因医生需要将肝脏手动分离从而实现进一步的手术，如切割病变组织等操作。同时，传统刚性机器手进行分离操作时，控制分离的操作方法较为复杂。而且，这种刚性结构在系统出现故障时对肝脏有严重损伤。
截至目前，尚未存在具有自动吸附、分离、对肝脏伤害较小的分离用软体机器人。
核心参考文献：Galloway K C,Becker K P,Phillips B,et al.Soft RoboticGrippers for Biological Sampling on Deep Reefs[J].Soft Robotics,2016,3(1):23-33.
发明内容
本发明提出肝脏吸附分离软体机器人，具有该结构特征的软体机器人通过控制系统调节软手指模块空腔气压，使得软体手指弯曲程度与肝脏表面匹配，通过控制系统操纵气泵对手指模块吸盘抽气，使得肝脏吸附分离软体机器人吸附在肝脏上，对被操作肝脏起到分离作用。
肝脏吸附分离软体机器人由多个软手指模块、手指驱动模块、控制系统以及气泵构成。软手指模块包括多个软手指吸盘、一个软手指空腔、多个软气管。手指驱动模块包括多个安装基座、多个驱动齿轮、两个步进电机、两个伺服电机、两根丝杠、一个扩展链接件、一个机器人基座。控制系统包括单片机、电源、导线、气压传感器。软手指模块中的每个软手指空腔及软手指吸盘均通过软气管连接气泵，在软气管末端位置处安装气压传感器，气压传感器通过导线连接控制系统。软体机器人手指安装在手指驱动模块上。控制系统连接气泵，对气泵进行充放气控制。
控制系统通过接收各个气压传感器的反馈数据控制气泵充放气，对各个软手指空腔及软手指吸盘进行气压调节，通过手指驱动模块使软手指模块运动，实现对肝脏的自动吸附与分离。
本发明的优点在于：
(1)通过对气泵调节各软手指空腔内部气压，达到软手指曲率与肝脏表面相同；
(2)实现吸附在肝脏表面并分离肝脏；
(3)结构简单易实现；
附图说明
图1是本发明软体机器人系统组成模块；
图2是本发明软体机器人的手指模块组成结构；
图3是本发明软体机器人的手指模块组成结构；
图4时本发明软体机器人的手指驱动模块传动部分组成结构；
其中：1-气泵、2-控制系统、3-扩展连接件、4-机器人基座、5-第一左下固定底座、6-第一左上固定底座、7-第一步进电机、8-第一丝杠、9-第一左驱动齿轮、10-第一电机齿轮、11-第二左下固定底座、12-第二左上固定底座、13-第二左驱动齿轮、14-第三左驱动齿轮、15-第一软气管、16-第二软气管、17-第三软气管、18-左软手指固定基座、19-第一左软手指模块、20-第二软手指模块、21-左伺服电机、22-第一丝杠滑块、23-第一右下固定底座、24-第一右上固定底座、25-右伺服电机、26-第一右驱动齿轮、27-第二右驱动齿轮、28-第三右驱动齿轮、29-第二丝杠滑块、30-第二右下固定底座、31-第二丝杠、32-第二步进电机、33-第二电机齿轮、34-第二右上固定底座、35-右软手指固定基座、36-第一右软手指模块、37-第二右软手指模块、38-软手指吸盘、39-软手指空腔、40手指驱动模块。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明是肝脏吸附分离软体机器人，包括气泵1、控制系统2、扩展连接件3、机器人基座4、第一左下固定底座5、第一左上固定底座6、第一步进电机7、第一丝杠8、第一左驱动齿轮9、第一电机齿轮10、第二左下固定底座11、第二左上固定底座12、第二左驱动齿轮13、第三左驱动齿轮14、第一软气管15、第二软气管16、第三软气管17、左软手指固定基座18、第一左软手指模块19、第二左软手指模块20、左伺服电机21、第一丝杠滑块22、第一右下固定底座23、第一右上固定底座24、右伺服电机25、第一右驱动齿轮26、第二右驱动齿轮27、第三右驱动齿轮28、第二丝杠滑块29、第二右下固定底座30、第二丝杠31、第二步进电机32、第二电机齿轮33、第二右上固定底座34、右软手指固定基座35、第一右软手指模块36、第二右软手指模块37、软手指吸盘38、软手指空腔39和手指驱动模块40。
肝脏吸附分离软体机器人由第一左软手指模块19、第二左软手指模块20、第一右软手指模块36、第二右软手指模块37、手指驱动模块40、控制系统2以及气泵1构成。第一左软手指模块19、第二左软手指模块20、第一右软手指模块36和第二右软手指模块37均包括软手指吸盘38、第一软气管15、第二软气管16、第三软气管17和软手指空腔39；控制系统2包括单片机、电源、导线和气压传感器；手指驱动模块40包括扩展连接件3、机器人基座4、第一左下固定底座5、第一左上固定底座6、第一步进电机7、第一丝杠8、第一左驱动齿轮9、第一电机齿轮10、第二左下固定底座11、第二左上固定底座12、第二左驱动齿轮13、第三左驱动齿轮14、左软手指固定基座18、左伺服电机21、第一丝杠滑块22、第一右下固定底座23、第一右上固定底座24、右伺服电机25、第一右驱动齿轮26、第二右驱动齿轮27、第三右驱动齿轮28、第二丝杠滑块29、第二右下固定底座30、第二丝杠31、第二步进电机32、第二电机齿轮33、第二右上固定底座34和右软手指固定基座35。第一左软手指模块(19)中的软手指吸盘(38)通过第一软气管(15)和第三软气管(17)连接气泵(1)，第一左软手指模块(19)中的软手指空腔(39)通过第二软气管(16)连接气泵(1)，在气泵1位置处安装气压传感器，第一步进电机7、第二步进电机32、左伺服电机21和右伺服电机25均通过导线连接控制系统2。第一丝杠滑块22安装有第一左下固定底座5、第一左上固定底座6、第二左下固定底座11和第二左上固定底座12。第二丝杠滑块29安装有第一右下固定底座23、第一右上固定底座24、第二右下固定底座30和第二右上固定底座34；第一左下固定底座5和第二左下固定底座11之间安装有第一左驱动齿轮9、第二左驱动齿轮13和第三左驱动齿轮14。第一右下固定底座23和第二右下固定底座30之间安装有第一右驱动齿轮26、第二右驱动齿轮27和第三右驱动齿轮28；第一左下固定底座5、第一左上固定底座6、第二左下固定底座11和第二左上固定底座12上安装有左软手指固定基座18；第一右下固定底座23、第一右上固定底座24、第二右下固定底座30和第二右上固定底座34上安装有右软手指固定基座35；控制系统2通过导线连接气泵1，对气泵进行充放气控制；
控制系统2通过接收气压传感器的反馈数据控制气泵1充放气，控制系统2对第一左软手指模块19、第二左软手指模块20、第一右软手指模块36和第二右软手指模块37的软手指空腔39进行气压调节，实现曲率调节。控制系统2通过接收气压传感器的反馈数据控制气泵1充放气，控制系统2对第一左软手指模块19、第二左软手指模块20、第一右软手指模块36和第二右软手指模块37的软手指吸盘38进行气压调节，实现对肝脏的自动吸附；第一步进电机7通过第一丝杠8驱动第一丝杠滑块22实现手指驱动模块40的水平方向移动；第二步进电机32通过第二丝杠31驱动第二丝杠滑块29实现手指驱动模块40的水平方向移动；左伺服电机21通过第一电机齿轮10驱动第三左驱动齿轮14，第三左驱动齿轮14驱动第二左驱动齿轮13，第二左驱动齿轮13驱动第一左驱动齿轮9，第一左驱动齿轮9驱动左软手指固定基座18实现第一左软手指模块19和第二左软手指模块20的旋转操作；右伺服电机25通过第二电机齿轮33驱动第三右驱动齿轮28，第三右驱动齿轮28驱动第二右驱动齿轮27，第二右驱动齿轮27驱动第一右驱动齿轮26，第一右驱动齿轮26驱动右软手指固定基座35实现第一右软手指模块36和第二右软手指模块37的旋转操作，进而实现对肝脏的吸附于分离操作。
所述的左软手指固定基座18和右软手指固定基座35，表现形式可以为多个软手指模块连接孔位、可连接多个软手指模块。
所述的第一左软手指模块19、第二左软手指模块20、第一右软手指模块36和第二右软手指模块37可吸附肝脏，也可吸附其他器官或组织。
所述的气压传感器可以安装在气泵1处使用，也可安装在第一软气管15、第二软气管16和第三软气管17处使用。
所述的气压传感器可以为有源传感器，也可以为无源传感器。
所述的第一软气管15、第二软气管16和第三软气管17可以为柔软的灵活可弯曲的材料组成，具有膨胀变形和自主复原能力。
所述的第一左软手指模块19和第二左软手指模块20可以通过左软手指固定基座18或其他固定基座连接；第一右软手指模块36和第二右软手指模块37可以通过右软手指固定基座35或其他固定基座连接。
所述的手指驱动模块40可使用步进电机、滑块方式驱动，也可使用齿轮、齿条的直线机械传动机构驱动。
所述的软手指吸盘38可以为软体材料直接塑形产生，也可使用已有的普通软性吸盘。
所述的第一左软手指模块19、第二左软手指模块20、第一右软手指模块36和第二右软手指模块37可以根据需要设计成配合其他器官使用的手指大小与形状分布，以配合其他器官与组织的吸附与分离。
工作过程
控制系统通过对气泵通电，对软手指模块进行充气，实现与被吸附肝脏表面曲率相同。随后通过移动整个肝脏吸附分离软体机器人至被吸附肝脏之上进行吸附操作。待吸附成功后，控制系统通过对手指驱动模块上步进电机通电，使得步进电机通过丝杠驱动已吸附肝脏的软手指模块逐渐分离。待分离程度达到手术要求时，控制系统控制步进电机停止，同时伺服电机通电开始工作，控制已吸附肝脏的软手指模块缓慢旋转，使得分离程度更加符合手术要求，完成对肝脏的吸附与分离。
Claims (10)
1.肝脏吸附分离软体机器人，其特征在于，包括气泵(1)、控制系统(2)、扩展连接件(3)、机器人基座(4)、第一左下固定底座(5)、第一左上固定底座(6)、第一步进电机(7)、第一丝杠(8)、第一左驱动齿轮(9)、第一电机齿轮(10)、第二左下固定底座(11)、第二左上固定底座(12)、第二左驱动齿轮(13)、第三左驱动齿轮(14)、第一软气管(15)、第二软气管(16)、第三软气管(17)、左软手指固定基座(18)、第一左软手指模块(19)、第二左软手指模块(20)、左伺服电机(21)、第一丝杠滑块(22)、第一右下固定底座(23)、第一右上固定底座(24)、右伺服电机(25)、第一右驱动齿轮(26)、第二右驱动齿轮(27)、第三右驱动齿轮(28)、第二丝杠滑块(29)、第二右下固定底座(30)、第二丝杠(31)、第二步进电机(32)、第二电机齿轮(33)、第二右上固定底座(34)、右软手指固定基座(35)、第一右软手指模块(36)、第二右软手指模块(37)、软手指吸盘(38)、软手指空腔(39)和手指驱动模块(40)；
肝脏吸附分离软体机器人由第一左软手指模块(19)、第二左软手指模块(20)、第一右软手指模块(36)、第二右软手指模块(37)、手指驱动模块(40)、控制系统(2)以及气泵(1)构成；第一左软手指模块(19)、第二左软手指模块(20)、第一右软手指模块(36)和第二右软手指模块(37)均包括软手指吸盘(38)、第一软气管(15)、第二软气管(16)、第三软气管(17)和软手指空腔(39)；控制系统(2)包括单片机、电源、导线和气压传感器；手指驱动模块(40)包括扩展连接件(3)、机器人基座(4)、第一左下固定底座(5)、第一左上固定底座(6)、第一步进电机(7)、第一丝杠(8)、第一左驱动齿轮(9)、第一电机齿轮(10)、第二左下固定底座(11)、第二左上固定底座(12)、第二左驱动齿轮(13)、第三左驱动齿轮(14)、左软手指固定基座(18)、左伺服电机(21)、第一丝杠滑块(22)、第一右下固定底座(23)、第一右上固定底座(24)、右伺服电机(25)、第一右驱动齿轮(26)、第二右驱动齿轮(27)、第三右驱动齿轮(28)、第二丝杠滑块(29)、第二右下固定底座(30)、第二丝杠(31)、第二步进电机(32)、第二电机齿轮(33)、第二右上固定底座(34)和右软手指固定基座(35)；第一左软手指模块(19)中的软手指吸盘(38)通过第一软气管(15)和第三软气管(17)连接气泵(1)，第一左软手指模块(19)中的软手指空腔(39)通过第二软气管(16)连接气泵(1)，在气泵(1)位置处安装气压传感器，第一步进电机(7)、第二步进电机(32)、左伺服电机(21)和右伺服电机(25)均通过导线连接控制系统(2)；第一丝杠滑块(22)安装有第一左下固定底座(5)、第一左上固定底座(6)、第二左下固定底座(11)和第二左上固定底座(12)；第二丝杠滑块(29)安装有第一右下固定底座(23)、第一右上固定底座(24)、第二右下固定底座(30)和第二右上固定底座(34)；第一左下固定底座(5)和第二左下固定底座(11)之间安装有第一左驱动齿轮(9)、第二左驱动齿轮(13)和第三左驱动齿轮(14)；第一右下固定底座(23)和第二右下固定底座(30)之间安装有第一右驱动齿轮(26)、第二右驱动齿轮(27)和第三右驱动齿轮(28)；第一左下固定底座(5)、第一左上固定底座(6)、第二左下固定底座(11)和第二左上固定底座(12)上安装有左软手指固定基座(18)；第一右下固定底座(23)、第一右上固定底座(24)、第二右下固定底座(30)和第二右上固定底座(34)上安装有右软手指固定基座(35)；控制系统(2)通过导线连接气泵(1)，对气泵进行充放气控制；
控制系统(2)通过接收气压传感器的反馈数据控制气泵(1)充放气，控制系统(2)对第一左软手指模块(19)、第二左软手指模块(20)、第一右软手指模块(36)和第二右软手指模块(37)的软手指空腔(39)进行气压调节，实现曲率调节；控制系统(2)通过接收气压传感器的反馈数据控制气泵(1)充放气；控制系统(2)对第一左软手指模块(19)、第二左软手指模块(20)、第一右软手指模块(36)和第二右软手指模块(37)的软手指吸盘(38)进行气压调节，实现对肝脏的自动吸附；第一步进电机(7)通过第一丝杠(8)驱动第一丝杠滑块(22)实现手指驱动模块(40)的水平方向移动；第二步进电机(32)通过第二丝杠(31)驱动第二丝杠滑块(29)实现手指驱动模块(40)的水平方向移动；左伺服电机(21)通过第一电机齿轮(10)驱动第三左驱动齿轮(14)，第三左驱动齿轮(14)驱动第二左驱动齿轮(13)，第二左驱动齿轮(13)驱动第一左驱动齿轮(9)，第一左驱动齿轮(9)驱动左软手指固定基座(18)实现第一左软手指模块(19)和第二左软手指模块(20)的旋转操作；右伺服电机(25)通过第二电机齿轮(33)驱动第三右驱动齿轮(28)，第三右驱动齿轮(28)驱动第二右驱动齿轮(27)，第二右驱动齿轮(27)驱动第一右驱动齿轮(26)，第一右驱动齿轮(26)驱动右软手指固定基座(35)实现第一右软手指模块(36)和第二右软手指模块(37)的旋转操作，进而实现对肝脏的吸附与分离操作。
2.根据权利要求1所述的肝脏吸附分离软体机器人，其特征在于，所述的左软手指固定基座(18)、右软手指固定基座(35)，表现形式可以为多个软手指模块连接孔位、可连接多个软手指模块。
3.根据权利要求1所述的肝脏吸附分离软体机器人，其特征在于，所述的第一左软手指模块(19)、第二左软手指模块(20)、第一右软手指模块(36)和第二右软手指模块(37)可吸附肝脏，也可吸附其他器官或组织。
4.根据权利要求1所述的肝脏吸附分离软体机器人，其特征在于，所述的气压传感器可以安装在气泵(1)处使用，也可安装在第一软气管(15)、第二软气管(16)和第三软气管(17)处使用。
5.根据权利要求1所述的肝脏吸附分离软体机器人，其特征在于，所述的气压传感器可以为有源传感器，也可以为无源传感器。
6.根据权利要求1所述的肝脏吸附分离软体机器人，其特征在于，所述的第一软气管(15)、第二软气管(16)和第三软气管(17)可以为柔软的灵活可弯曲的材料组成，具有膨胀变形和自主复原能力。
7.根据权利要求1所述的肝脏吸附分离软体机器人，其特征在于，所述的第一左软手指模块(19)和第二左软手指模块(20)可以通过左软手指固定基座(18)或其他固定基座连接；第一右软手指模块(36)和第二右软手指模块(37)可以通过右软手指固定基座(35)或其他固定基座连接。
8.根据权利要求1所述的肝脏吸附分离软体机器人，其特征在于，所述的手指驱动模块(40)可使用步进电机、滑块方式驱动，也可使用齿轮、齿条的直线机械传动机构驱动。
9.根据权利要求1所述的肝脏吸附分离软体机器人，其特征在于，所述的软手指吸盘(38)可以为软体材料直接塑形产生，也可使用已有的普通软性吸盘。
10.根据权利要求1所述的肝脏吸附分离软体机器人，其特征在于，所述的第一左软手指模块(19)、第二左软手指模块(20)、第一右软手指模块(36)和第二右软手指模块(37)可以根据需要设计成配合其他器官使用的手指大小与形状分布，以配合其他器官与组织的吸附与分离。
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