CN115414126A - 连续体机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种医疗器械，特别是涉及一种微创手术用连续体机器人。本发明的目的是提供一种相比同心管和线驱动连续体机器人具有更强的变形能力、更高的定位和追踪精度的连续体机器人，具体包括至少一个连续体基本单元据执行器连接单元，每个所述连续体基本单元包括两个单元节段及中间盘，每个连续体基本单元的两个单元节段相对旋转90°安装，每个所述单元节段包括静平台、动平台，每个所述单元节段的所述静平台、所述动平台相互平行，每个所述单元节段的所述静平台、所述动平台之间适于相对转动，一个所述单元节段的所述动平台和相邻单元节段的所述静平台之间适于相对转动，所述执行器连接单元与最末端的所述连续体基本单元的所述动平台相连接。

Description

连续体机器人

技术领域

本发明涉及一种医疗器械，特别是涉及一种微创手术用连续体机器人。

背景技术

微创手术是指利用腹腔镜、胸腔镜及内窥镜等现代医疗器械及相关设备进行的产生微小创伤的手术。相较于传统手术，微创手术具有创伤小、疼痛轻、恢复快的优点。随着医疗相关领域技术的迅猛发展，手术微创化成为外科临床手术中的重要发展阶段，手术机器人越来越多地应用于人体腔道和脏器的微创手术中。传统的手术机器人多为刚性结构，体型较大且不能跟踪非线性病灶位置，在与身体腔脏器官、血管、敏感组织接触时，容易造成损伤。与传统刚性手术器械和手术机器人相比较，柔性手术机器人因其具有体型紧凑、灵活柔顺且能主动控制等特性，越来越多地应用于微创手术中。同心管机器人和线驱动机器人是柔性手术机器人中的典型代表。同心管机器人一般由一组预弯曲的高弹性同心管相互嵌套而成，每一个同心管都具有平移和旋转两个自由度。相互嵌套在一起的同心管，因为平移和旋转量的不同，可以形成不同的恒曲率曲线段；线驱动机器人一般是由多个微小的中空关节顺序连接而成，每个关节四周打孔穿线，通过线绳的拉力可以在前一个关节末端有规律地运动，多个关节的运动组合形成固定的曲线形状。因此，同心管机器人和线驱动可以完成器官中三维曲线的跟踪任务，并且具有主动控制和一定的变形能力，同心管机器人和线驱动机器人已经被提出可以应用于神经外科手术、泌尿手术和心内手术。

但是，同心管机器人需要由多个预弯曲的同心管相互嵌套而成，而同心管的预弯曲曲率会因时间和使用发生变化，且同心管的旋转自由度存在不稳定性的缺陷。线驱动机器人则存在的形状变化单一，曲线适应性差，尺寸相对较大的缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种相比同心管和线驱动连续体机器人具有更强的变形能力、更高的定位和追踪精度的连续体机器人。

为了解决上述技术问题，本申请提供了如下技术方案：

本发明连续体机器人，包括至少一个连续体基本单元据执行器连接单元，每个所述连续体基本单元包括两个单元节段及中间盘，每个连续体基本单元的两个单元节段相对旋转90°安装，每个所述单元节段包括静平台、动平台，每个所述单元节段的所述静平台、所述动平台之间通过柔性铰链相连接，每个所述单元节段的所述静平台、所述动平台相互平行，每个所述单元节段的所述静平台、所述动平台之间适于相对转动，一个所述单元节段的所述动平台和相邻单元节段的所述静平台分别连接于所述中间盘的两侧，一个所述单元节段的所述动平台和相邻单元节段的所述静平台之间适于相对转动，所述执行器连接单元用于安装微创手术用末端执行器，所述执行器连接单元与最末端的所述连续体基本单元的所述动平台相连接。

本发明连续体机器人，其中所述中间盘包括外环、内环、止推环、定位柱，所述定位柱设置于所述外环的朝向所述动平台的一侧面上，所述定位柱设置有至少两个，所述静平台包括静平台基盘、所述静平台基盘的中心开设有安装孔，所述安装孔与所述内环过盈配合使所述静平台与所述中间盘相连接，所述动平台包括动平台基盘、辅助定位环，所述辅助定位环连接于所述动平台基盘一侧面的中心处，所述动平台基盘的中心处开设有通孔，所述辅助定位环位于所述通孔的外围，所述动平台基盘上靠近边缘处开设有至少两个定位孔，各所述定位柱分别穿过一个各所述定位孔使所述动平台与所述中间盘的所述外环相连接。

本发明连续体机器人，其中所述柔性铰链包括一对外转动体、一对第一电磁铁、一对内转动体、一对第二电磁铁，所述一对外转动体、所述一对第一电磁铁连接于所述静平台上，一对所述内转动体、一对所述第二电磁铁连接于所述动平台上，所述一对第一电磁铁设置于所述静平台基盘的背离所述中间盘的一侧面上，所述一对第一电磁铁在所述静平台基盘上相对所述安装孔对称分布，所述一对外转动体连接于所述静平台基盘上，所述一对外转动体与所述第一电磁铁位于所述静平台基盘的同一侧，所述一对外转动体在所述静平台基盘上相对所述安装孔对称分布，所述一对外转动体的中心的连线与所述一对第一电磁铁的中心的连线相垂直，所述一对第二电磁铁设置于所述动平台基盘的背离所述中间盘的一侧面上，所述一对第二电磁铁在所述动平台基盘上相对所述通孔对称分布，所述一对内转动体连接于所述动平台基盘上，所述一对内转动体与所述电磁铁位于所述动平台基盘的同一侧，所述一对内转动体在所述动平台基盘上相对所述通孔对称分布，所述一对内转动体的中心的连线与所述一对第二电磁铁的中心的连线相垂直，所述动平台基盘上靠近所述一对内转动体的位置处开设有外转动体通过槽，所述静平台基盘上靠近所述一对外转动体的位置处开设有内转动体通过槽。

本发明连续体机器人，其中所述柔性铰链还包括第一交叉簧片组、第二交叉簧片组，所述第一交叉簧片组、所述第二交叉簧片组均包括两个交叉簧片，同组的两个所述交叉簧片之间均无连接，所述第一交叉簧片组、所述第二交叉簧片组的所述交叉簧片的交叉角均为90度，所述一对内转动体包括第一内转动件、第二内转动件，所述一对外转动体包括第一外转动件、第二外转动件，所述第一内转动件、所述第二内转动件、所述第一外转动件、第二外转动件均为圆环状中空刚性结构，所述第一外转动件与所述第一内转动件之间留有间隙，所述第二外转动件与所述第二内转动件之间留有间隙，所述第一外转动件、所述第二外转动件顶部置于所述外转动体通过槽内，所述第一外转动件顶部、所述第二外转动件顶部与所述动平台基盘之间留有间隙，所述第一内转动件的底部、所述第二内转动件的底部置于所述内转动件通过槽内，所述第一内转动件的底部、所述第二内转动件的底部与所述静平台基盘之间留有间隙，所述第一内转动件、所述第二内转动件位于所述第一外转动件、所述第二外转动件的里侧，所述第一交叉簧片组、所述第二交叉簧片组按交叉线共线的方式设置，所述第二交叉簧片组的簧片排列方式与所述第一交叉簧片组的簧片排列方式沿所述交叉线对称，所述第一交叉簧片组中的两个交叉簧片的两端均分别连接所述第一外转动件、所述第一内转动件，所述第二交叉簧片组中的两个交叉簧片的两端均分别连接所述第二外转动件、所述第二内转动件。

本发明连续体机器人，其中所述动平台还包括拉线柱、安装槽、滑动槽，所述安装槽、所述滑动槽均开设于所述辅助定位环上，所述安装槽、所述滑动槽相互连通，所述安装槽沿所述辅助定位环的轴向设置，所述滑动槽沿所述辅助定位环的周向设置，所述拉线柱设置于所述辅助定位环内壁，所述中间盘还包括滑动销，所述滑动销适于在所述安装槽、所述滑动槽内滑动，所述滑动销上连接有驱动线，所述驱动线穿过所述拉线柱，所述驱动线由驱动装置带动，所述驱动装置带动所述驱动线运动时，所述滑动销在所述滑动槽内滑动，带动所述内环相对于所述辅助定位环转动，使所述静平台相对于所述动平台转动。

本发明连续体机器人，其中所述动平台还包括至少一组转动限位柱组、所述转动限位柱组设置于所述动平台的朝向所述中间盘的一侧面上，每组所述转动限位柱组包括两个转动限位柱，两个所述转动限位柱距离所述动平台基盘的中心的距离相等，两个所述转动限位柱之间留有间距，所述中间盘还包括转动限位块、限位槽，所述转动限位块与所述转动限位柱组一一对应，所述转动限位块设置于所述转动限位柱组的两个所述转动限位柱之间，所述转动限位块的一端连接于所述内环外侧壁，所述转动限位块的另一端为自由端，所述转动限位块在所述内环上均匀分布，各所述转动限位块的自由端的左右两侧分别开设有一个所述限位槽，所述内环相对于所述辅助定位环转动到一定角度，一个所述转动限位柱与所述转动限位块相接触并位于所述转动限位块的一个所述限位槽内时，转动角度达到最大值。

本发明连续体机器人，其中所述中间盘还包括复合簧片组、复合簧片安装块组，所述复合簧片组设置有三组，所述复合簧片安装块组设置有三个，每个所述复合簧片安装块组包括两个复合簧片安装块，同组的两个所述复合簧片安装块中的一个所述复合簧片安装块的一端连接于所述外环里侧壁，另一端为自由端，同组的两个所述复合簧片安装块中的另一个所述复合簧片安装块的一端连接于所述内环外侧壁，另一端为自由端，每组所述复合簧片组的两侧分别连接于一个所述复合簧片安装块组的两个复合簧片安装块上，所述复合簧片组沿所述内环周向均匀分布，所述内环相对于所述辅助定位环转动时，所述复合簧片组被压缩，当所述驱动装置动力消失时，在所述复合簧片的回弹作用下，另一个所述转动限位柱与所述转动限位块相接触位于所述转动限位块的另一个所述限位槽内。

本发明连续体机器人，其中所述复合簧片组包括多个完全相同的复合簧片，各所述复合簧片相互连接，所述复合簧片包括大圆弧段、小圆弧段及连接于大圆弧段、小圆弧段之间的直线段，所述小圆弧段靠近所述内环、所述大圆弧段靠近所述外环。

本发明连续体机器人，其中所述执行器连接单元包括顶端平台、执行器定位孔、线材通过孔，所述顶端平台为平板，所述执行器定位孔为开设于顶端平台上的通孔，所述执行器定位孔靠近所述顶端平台的边缘设置，所述执行器定位孔设置有多个，多个所述执行器定位孔均匀间隔设置，所述线材通过孔为开设于所述顶端平台中心的通孔。

本发明连续体机器人，其中所述安装孔与所述内环为过盈配合，所述辅助定位环与所述内环为间隙配合。

与现有技术相比，本发明连续体机器人至少具有以下有益效果：

本发明连续体机器人由连续体基本单元组成，每个连续体基本单元及每个单元节段的运动和驱动都是相互独立的，降低了整个连续体机器人的控制难度，便于更精确地控制连续体机器人，使连续体机器人具有更高的定位和追踪精度，本发明连续体机器人每个单元节段的静平台、动平台之间适于相对转动，每个单元节段的动平台和相邻单元节段的静平台之间适于相对转动，因此可以实现在微小操作区域内末端的单独扭转，具有更强的变形能力。

下面结合附图对本发明连续体机器人作进一步说明。

附图说明

图1为本发明连续体机器人中连续体基本单元的一个单元节段的结构示意图；

图2为本发明连续体机器人中连续体基本单元的结构示意图；

图3为本发明连续体机器人中中间盘的结构示意图；

图4为本发明连续体机器人中中间盘柔性铰链的结构示意图；

图5为本发明连续体机器人中静平台的结构示意图；

图6为本发明连续体机器人中动平台的正面结构示意图；

图7为本发明连续体机器人中动平台的反面结构示意图；

图8为本发明连续体机器人中动平台与中间盘的连接结构示意图；

图9为本发明连续体机器人中动平台与中间盘连接结构的局部示意图；

图10为本发明连续体机器人中连接结构的剖面图；

图11为本发明连续体机器人中连接结构的局部剖面示意图；

图12为本发明连续体机器人中外转动件的结构示意图；

图13为本发明连续体机器人中内转动件的结构示意图；

图14为本发明连续体机器人中两对交叉簧片组的结构示意图；

图15为本发明连续体机器人中交叉簧片柔性铰链的内部结构示意图；

图16为本发明连续体机器人中执行器连接单元的结构示意图；

图17为本发明连续体机器人的整体结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2、图16、图17所示，本发明连续体机器人，包括一个或多个连续体基本单元及执行器连接单元，连续体基本单元设置有多个时，多个连续体基本单元首尾相接，每个连续体基本单元包括两个单元节段及中间盘2，每个连续体基本单元的两个单元节段相对旋转90°安装，使每个连续体基本单元具有两个互相垂直的弯曲自由度，每个单元节段包括静平台1、动平台3，每个单元节段的静平台1、动平台3之间通过柔性铰链相连接，每个单元节段的静平台1、动平台3相互平行，每个单元节段的静平台1、动平台3之间适于相对转动，一个单元节段的动平台3和相邻单元节段的静平台1分别连接于中间盘2的两侧，一个单元节段的动平台3和相邻单元节段的静平台1之间适于相对转动，执行器连接单元用于安装微创手术用末端执行器及相关传感器。本发明连续体机器人由连续体基本单元组成，每个连续体基本单元及每个单元节段的运动和驱动都是相互独立的，降低了整个连续体机器人的控制难度，便于更精确地控制连续体机器人，使连续体机器人具有更高的定位和追踪精度，本发明机器人每个单元节段的静平台1、动平台3之间适于相对转动，每个单元节段的动平台3和相邻单元节段的静平台1之间适于相对转动，因此可以实现在微小操作区域内末端的单独扭转，具有更强的变形能力。

可选地，如图3、图4、图5、图6、图7所示，中间盘2包括外环21、内环27、止推环28、定位柱26，定位柱26设置于外环21的朝向所述动平台3的一侧面上，定位柱26设置有两个或多个，静平台1包括静平台基盘16，静平台基盘16的中心开设有安装孔15，安装孔15与内环27过盈配合使静平台1与中间盘2相连接，动平台3包括动平台基盘36、辅助定位环35，辅助定位环35连接于动平台基盘36一侧面的中心处，动平台基盘36的中心处开设有通孔，辅助定位环35位于通孔的外围，动平台基盘36上靠近边缘处开设有两个或多个定位孔37，各定位柱26分别穿过一个定位孔37使动平台3与中间盘2的外环21相连接，具体地，定位孔37及定位柱26均匀间隔设置。

可选地，如图5所示，柔性铰链包括一对外转动体5、一对第一电磁铁13、一对内转动体6、一对第二电磁铁33，一对外转动体5、一对第一电磁铁13连接于静平台1上，一对内转动体6、一对第二电磁铁33连接于动平台3上，第一电磁铁13包括绕线凸台12及绕在绕线凸台12上的线圈，所述一对第一电磁铁13设置于所述静平台基盘16的背离所述中间盘2的一侧面上，所述一对第一电磁铁13在所述静平台基盘16上相对所述安装孔15对称分布，所述一对外转动体5连接于所述静平台基盘16上，所述一对外转动体5与所述第一电磁铁13位于所述静平台基盘16的同一侧，所述一对外转动体5在所述静平台基盘16上相对所述安装孔15对称分布，所述一对外转动体5的中心的连线与所述一对第一电磁铁13的中心的连线相垂直。

如图6、图7、图8、图9所示，第二电磁铁33包括绕线凸台32及绕在绕线凸台32上的线圈，所述一对第二电磁铁33设置于所述动平台基盘36的背离所述中间盘2的一侧面上，所述一对第二电磁铁33在所述动平台基盘36上相对所述通孔对称分布，所述一对内转动体6连接于所述动平台基盘36上，所述一对内转动体6与所述第二电磁铁33位于所述动平台基盘36的同一侧，所述一对内转动体6在所述动平台基盘36上相对所述通孔对称分布，所述一对内转动体6的中心的连线与所述一对第二电磁铁33的中心的连线相垂直，静平台基盘16上靠近所述一对外转动体5的位置处开设有内转动体通过槽14，内转动体通过槽14的位置与一对内转动体6的位置相对应，内转动体通过槽14保证一对内转动体6能够与外转动体5发生相对转动而不与静平台基盘16发生干涉，所述动平台基盘36上靠近所述一对内转动体6的位置处开设有外转动体通过槽34，外转动体通过槽34的位置与一对外转动体5的位置相对应，外转动体通过槽34保证外转动体5能够与内转动体6发生相对转动而不与动平台基盘36发生干涉。

可选地，如图1、图12、图13、图14、图15所示，柔性铰链还包括第一交叉簧片组7、第二交叉簧片组8，第一交叉簧片组7包括两个交叉簧片，第二交叉簧片组8包括两个交叉簧片，各簧片的厚度远小于其长度和宽度，受力易发生弯曲变形，第一交叉簧片组7的两个交叉簧片的交叉角为90度，交叉线在两个交叉簧片长度方向的几何中心处，第二交叉簧片组8的两个交叉簧片的交叉角为90度，交叉线在两个交叉簧片长度方向的几何中心处，同组的两个交叉簧片之间无连接；第一交叉簧片组7的交叉线与第二交叉簧片组8的交叉线共线并形成了柔性铰链的理想转动中心轴；第一交叉簧片组7与第二交叉簧片组8的尺寸相同，排列方式沿柔性铰链的理想转动中心轴线方向对称，所述一对内转动体6包括第一内转动件61、第二内转动件62，所述一对外转动体5包括第一外转动件51、第二外转动件52，所述第一内转动件61、所述第二内转动件62、所述第一外转动件51、第二外转动件52均为圆环状中空刚性结构，所述第一外转动件51与所述第一内转动件61之间留有间隙，第二外转动件52与第二内转动件62之间留有间隙，第一外转动件51、第二外转动件52顶部置于外转动体通过槽34内，第一外转动件51顶部、第二外转动件52顶部与动平台3的动平台基盘36之间留有间隙，第一内转动件61的底部、第二内转动件62的底部置于内转动件通过槽14内，第一内转动件61的底部、第二内转动件62的底部与静平台1的静平台基盘16之间留有间隙，第一内转动件61、第二内转动件62位于第一外转动件51、第二外转动件52的里侧，所述第一交叉簧片组7、所述第二交叉簧片组8按交叉线共线的方式设置，所述第二交叉簧片组8的簧片排列方式与所述第一交叉簧片组7的簧片排列方式沿所述交叉线对称，第一交叉簧片组7中的两个交叉簧片的两端均分别连接第一外转动件51、第一内转动件61，第二交叉簧片组8中的两个交叉簧片的两端均分别连接第二外转动件52、第二内转动件62。

第一外转动件51、第一内转动件61通过第一交叉簧片组7连接形成右柔性铰链体，第二外转动件52、第二内转动件62通过第二交叉簧片组8连接形成左柔性铰链体。左柔性铰链体和右柔性铰链体的理想转动中心轴同轴。动平台3和静平台1的电磁铁都通电，相对应的一组电磁铁电流方向相反，产生引力，另一组电流方向相同，产生斥力，两组力共同作用产生垂直于理想转动中心轴的弯矩作用时，第一交叉簧片组7和第二交叉簧片组8发生弯曲变形，使第一外转动件51和第一内转动件61、动平台和静平台之间产生相对转动。由于第一交叉簧片组7的弯曲变形并不是集中在其几何中心轴线处，所以在转动过程中，第一交叉簧片组7的弯曲变形会使第一内转动体61和与之固连的动平台3发生漂移而偏离柔性铰链的理想转动中心轴，该漂移即为普通交叉簧片组式柔性铰链不可避免的寄生运动——轴漂。轴漂迫使动平台在垂直于转动轴的方向发生移动，并迫使第二交叉簧片组8弯曲变形。由于第一交叉簧片组7与第二交叉簧片组8的交叉角度都为90度且结构尺寸相同，在转动过程中第二交叉簧片组8也会产生弯曲变形而使动平台发生轴漂，该轴漂与由第一交叉簧片组7引起的轴漂大小相同，但第二交叉簧片组8和第一交叉簧片组7的排列方式沿转动轴方向对称，相当于借助动平台3反向串联了左柔性铰链体和右柔性铰链体，所以由第一交叉簧片组7引起的轴漂和第二交叉簧片组8引起的轴漂方向相反，可以互相抵消而使内转动体6的中心轴不偏离其理想转动中心轴，即柔性铰链的轴漂为零，大幅提高了本发明的转动精度。由于采用了交叉簧片组形成柔性铰链，本发明连续体机器人在转动精度高的基础上转动行程也较大，达到了-30度到+30度。

可选地，如图8、图9所示，动平台3还包括拉线柱39、安装槽310、滑动槽311，所述安装槽310、所述滑动槽311均开设于所述辅助定位环35上，所述安装槽310、所述滑动槽311相互连通，所述安装槽310沿所述辅助定位环35的轴向设置，所述滑动槽311沿所述辅助定位环35的周向设置，所述拉线柱39设置于所述辅助定位环35内壁，所述中间盘2还包括滑动销23，所述滑动销23适于在所述安装槽310、所述滑动槽311内滑动，所述滑动销23上连接有驱动线9，所述驱动线9穿过所述拉线柱39，所述驱动线9由驱动装置带动，所述驱动装置带动所述驱动线9运动时，所述滑动销23在所述滑动槽311内滑动，带动所述内环27相对于所述辅助定位环35转动，使所述静平台1相对于所述动平台3转动。

可选地，动平台3还包括一组或多组转动限位柱组38、所述转动限位柱组38设置于所述动平台的朝向所述中间盘2的一侧面上，每组所述转动限位柱组38包括两个转动限位柱381、382，两个所述转动限位柱381、382距离所述动平台基盘36的中心的距离相等，两个所述转动限位柱381、382之间留有间距，所述中间盘2还包括转动限位块24、限位槽29，所述转动限位块24与所述转动限位柱组38一一对应，所述转动限位块24设置于所述转动限位柱组38的两个所述转动限位柱381、382之间，所述转动限位块24的一端连接于所述内环27外侧壁，所述转动限位块24的另一端为自由端，所述转动限位块24在所述内环27上均匀分布，各所述转动限位块24的自由端的左右两侧分别开设有一个所述限位槽29，所述内环27相对于所述辅助定位环35转动到一定角度，一个所述转动限位柱382与所述转动限位块24相接触位于所述转动限位块24的一个所述限位槽29内，转动角度达到最大值。

可选地，所述中间盘2还包括复合簧片组25、复合簧片安装块组22，所述复合簧片组25设置有三组，所述复合簧片安装块组22设置有三个，每个所述复合簧片安装块组22包括两个复合簧片安装块221、222，同组的两个所述复合簧片安装块中的一个所述复合簧片安装块的一端连接于所述外环21里侧壁，另一端为自由端，同组的两个所述复合簧片安装块中的另一个所述复合簧片安装块的一端连接于所述内环27外侧壁，另一端为自由端，每组所述复合簧片组25的两侧分别连接于一个所述复合簧片安装块组的22两个复合簧片安装块221、222上，所述复合簧片组25沿所述内环27周向均匀分布，所述内环27相对于所述辅助定位环35转动时，所述复合簧片组25被压缩，当所述驱动装置动力消失时，在所述复合簧片25的回弹作用下，另一个所述转动限位柱381与所述转动限位块24相接触，位于所述转动限位块24的另一个所述限位槽29内。

可选地，如图10、图11所示，安装孔15与所述内环27为过盈配合，将内环27与静平台1固连在一起，所述辅助定位环35与所述内环27为间隙配合，止推环28的作用是将静平台基盘16与中间盘2分开一定距离，防止对复合簧片组25的变形产生干涉，内环27下端伸出一小段距离，作用是将动平台基盘36与中间盘2分开一定距离，防止对复合簧片组25的变形产生干涉。辅助定位环35和内环27之间间隙配合，间隙内设置润滑脂，能够在驱动装置的带动下和内环27产生相对转动，同时也对内环27与动平台3转动同轴度起到辅助作用，动平台3与外环21固连，静平台1与内环27固连，内环27与外环21通过柔性结构可以发生相对转动，这就使动静平台通过中间盘2具有扭转自由度，相对转动由中间盘2旋转对称的柔性结构和辅助定位环35和内环27之间的间隙配合脂润滑共同保证。

可选地，复合簧片组25包括多个完全相同的复合簧片251、252、253，各复合簧片251、252、253相互连接，复合簧片251、252、253包括大圆弧段、小圆弧段及连接于大圆弧段、小圆弧段之间的直线段，小圆弧段靠近所述内环27、大圆弧段靠近所述外环21，相对于传统的菱形簧片强度更高，寿命更长。具体地，复合簧片组25包括三个完全相同的复合簧片251、252、253，复合簧片的厚度远小于其长度和宽度，受力易发生弯曲变形，复合簧片组25通过簧片安装块22固定成为一个柔性结构，三组柔性结构间隔120度旋转对称分布，内环27相对于外环21转动时，三组柔性结构的变形动态对称，使动平台3与静平台1的相对旋转精度较高，不会产生中心漂移。

如图16、图17所示，执行器连接单元4包括顶端平台41、执行器定位孔42、线材通过孔43，具体地，执行器连接单元可由连续体机器人末端动平台3结构改造而来，执行器连接单元4与动平台的唯一差别是背离柔性铰链的一面为平整的顶端平台41，其余部分的结构和与静平台的连接方式与动平台相同。所述顶端平台41为平板，执行器定位孔42为开设于顶端平台41上的通孔，执行器定位孔42靠近顶端平台41的边缘设置，执行器定位孔42设置有多个，多个执行器定位孔42均匀间隔设置，线材通过孔43为开设于顶端平台41中心的通孔，顶端平台41用于安装微创手术用末端执行器及相关传感器，末端执行器通过执行器定位孔42固定在顶端平台41上，执行器所需要的线材从线材通过孔43引出。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种连续体机器人，其特征在于，包括至少一个连续体基本单元据执行器连接单元，每个所述连续体基本单元包括两个单元节段及中间盘(2)，每个连续体基本单元的两个单元节段相对旋转90°安装，每个所述单元节段包括静平台(1)、动平台(3)，每个所述单元节段的所述静平台(1)、所述动平台(3)之间通过柔性铰链相连接，每个所述单元节段的所述静平台(1)、所述动平台(3)相互平行，每个所述单元节段的所述静平台(1)、所述动平台(3)之间适于相对转动，一个所述单元节段的所述动平台(3)和相邻单元节段的所述静平台(1)分别连接于所述中间盘(2)的两侧，一个所述单元节段的所述动平台(3)和相邻单元节段的所述静平台(1)之间适于相对转动，所述执行器连接单元用于安装微创手术用末端执行器，所述执行器连接单元与最末端的所述连续体基本单元的所述动平台(3)相连接。

2.根据权利要求1所述的连续体机器人，其特征在于，所述中间盘(2)包括外环(21)、内环(27)、止推环(28)、定位柱(26)，所述定位柱(26)设置于所述外环(21)的朝向所述动平台(3)的一侧面上，所述定位柱(26)设置有至少两个，所述静平台(1)包括静平台基盘(16)，所述静平台基盘(16)的中心开设有安装孔(15)，所述安装孔(15)与所述内环(27)过盈配合使所述静平台(1)与所述中间盘(2)相连接，所述动平台(3)包括动平台基盘(36)、辅助定位环(35)，所述辅助定位环(35)连接于所述动平台基盘(36)一侧面的中心处，所述动平台基盘(36)的中心处开设有通孔，所述辅助定位环(35)位于所述通孔的外围，所述动平台基盘(36)上靠近边缘处开设有至少两个定位孔(37)，各所述定位柱(26)分别穿过一个各所述定位孔(37)使所述动平台(3)与所述中间盘(2)的所述外环(21)相连接。

3.根据权利要求2所述的连续体机器人，其特征在于，所述柔性铰链包括一对外转动体(5)、一对第一电磁铁(13)、一对内转动体(6)、一对第二电磁铁(33)，所述一对外转动体(5)、所述一对第一电磁铁(13)连接于所述静平台(1)上，一对所述内转动体(6)、一对所述第二电磁铁(33)连接于所述动平台(3)上，所述一对第一电磁铁(13)设置于所述静平台基盘(16)的背离所述中间盘(2)的一侧面上，所述一对第一电磁铁(13)在所述静平台基盘(16)上相对所述安装孔(15)对称分布，所述一对外转动体(5)连接于所述静平台基盘(16)上，所述一对外转动体(5)与所述第一电磁铁(13)位于所述静平台基盘(16)的同一侧，所述一对外转动体(5)在所述静平台基盘(16)上相对所述安装孔(15)对称分布，所述一对外转动体(5)的中心的连线与所述一对第一电磁铁(13)的中心的连线相垂直，所述一对第二电磁铁(33)设置于所述动平台基盘(36)的背离所述中间盘(2)的一侧面上，所述一对第二电磁铁(33)在所述动平台基盘(36)上相对所述通孔对称分布，所述一对内转动体(6)连接于所述动平台基盘(36)上，所述一对内转动体(6)与所述电磁铁(32)位于所述动平台基盘(36)的同一侧，所述一对内转动体(6)在所述动平台基盘(36)上相对所述通孔对称分布，所述一对内转动体(6)的中心的连线与所述一对第二电磁铁(33)的中心的连线相垂直，所述动平台基盘(36)上靠近所述一对内转动体(6)的位置处开设有外转动体通过槽(34)，所述静平台基盘(16)上靠近所述一对外转动体(5)的位置处开设有内转动体通过槽(14)。

4.根据权利要求3所述的连续体机器人，其特征在于，所述柔性铰链还包括第一交叉簧片组(7)、第二交叉簧片组(8)，所述第一交叉簧片组(7)、所述第二交叉簧片组(8)均包括两个交叉簧片，同组的两个所述交叉簧片之间均无连接，所述第一交叉簧片组(7)、所述第二交叉簧片组(8)的所述交叉簧片的交叉角均为90度，所述一对内转动体(6)包括第一内转动件(61)、第二内转动件(62)，所述一对外转动体(5)包括第一外转动件(51)、第二外转动件(52)，所述第一内转动件(61)、所述第二内转动件(62)、所述第一外转动件(51)、第二外转动件(52)均为圆环状中空刚性结构，所述第一外转动件(51)与所述第一内转动件(61)之间留有间隙，所述第二外转动件(52)与所述第二内转动件(62)之间留有间隙，所述第一外转动件(51)、所述第二外转动件(52)顶部置于所述外转动体通过槽(34)内，所述第一外转动件(51)顶部、所述第二外转动件(52)顶部与所述动平台基盘(36)之间留有间隙，所述第一内转动件(61)的底部、所述第二内转动件(62)的底部置于所述内转动件通过槽(14)内，所述第一内转动件(61)的底部、所述第二内转动件(62)的底部与所述静平台基盘(16)之间留有间隙，所述第一内转动件(61)、所述第二内转动件(62)位于所述第一外转动件(51)、所述第二外转动件(52)的里侧，所述第一交叉簧片组(7)、所述第二交叉簧片组(8)按交叉线共线的方式设置，所述第二交叉簧片组(8)的簧片排列方式与所述第一交叉簧片组(7)的簧片排列方式沿所述交叉线对称，所述第一交叉簧片组(7)中的两个交叉簧片的两端均分别连接所述第一外转动件(51)、所述第一内转动件(61)，所述第二交叉簧片组(8)中的两个交叉簧片的两端均分别连接所述第二外转动件(52)、所述第二内转动件(62)。

5.根据权利要求4所述的连续体机器人，其特征在于，所述动平台(3)还包括拉线柱(39)、安装槽(310)、滑动槽(311)，所述安装槽(310)、所述滑动槽(311)均开设于所述辅助定位环(35)上，所述安装槽(310)、所述滑动槽(311)相互连通，所述安装槽(310)沿所述辅助定位环(35)的轴向设置，所述滑动槽(311)沿所述辅助定位环(35)的周向设置，所述拉线柱(39)设置于所述辅助定位环(35)内壁，所述中间盘(2)还包括滑动销(23)，所述滑动销(23)适于在所述安装槽(310)、所述滑动槽(311)内滑动，所述滑动销(23)上连接有驱动线(9)，所述驱动线(9)穿过所述拉线柱(39)，所述驱动线(9)由驱动装置带动，所述驱动装置带动所述驱动线(9)运动时，所述滑动销(23)在所述滑动槽(311)内滑动，带动所述内环(27)相对于所述辅助定位环(35)转动，使所述静平台(1)相对于所述动平台(3)转动。

6.根据权利要求5所述的连续体机器人，其特征在于，所述动平台(3)还包括至少一组转动限位柱组(38)，所述转动限位柱组(38)设置于所述动平台的朝向所述中间盘(2)的一侧面上，每组所述转动限位柱组(38)包括两个转动限位柱(381、382)，两个所述转动限位柱(381、382)距离所述动平台基盘(36)的中心的距离相等，两个所述转动限位柱(381、382)之间留有间距，所述中间盘(2)还包括转动限位块(24)、限位槽(29)，所述转动限位块(24)与所述转动限位柱组(38)一一对应，所述转动限位块(24)设置于所述转动限位柱组(38)的两个所述转动限位柱(381、382)之间，所述转动限位块(24)的一端连接于所述内环(27)外侧壁，所述转动限位块(24)的另一端为自由端，所述转动限位块(24)在所述内环(27)上均匀分布，各所述转动限位块(24)的自由端的左右两侧分别开设有一个所述限位槽(29)，所述内环(27)相对于所述辅助定位环(35)转动到一定角度，一个所述转动限位柱(382)与所述转动限位块(24)相接触并位于所述转动限位块(24)的一个所述限位槽(29)内时，转动角度达到最大值。

7.根据权利要求6所述的连续体机器人，其特征在于，所述中间盘(2)还包括复合簧片组(25)、复合簧片安装块组(22)，所述复合簧片组(25)设置有三组，所述复合簧片安装块组(22)设置有三个，每个所述复合簧片安装块组(22)包括两个复合簧片安装块(221、222)，同组的两个所述复合簧片安装块中的一个所述复合簧片安装块的一端连接于所述外环(21)里侧壁，另一端为自由端，同组的两个所述复合簧片安装块中的另一个所述复合簧片安装块的一端连接于所述内环(27)外侧壁，另一端为自由端，每组所述复合簧片组(25)的两侧分别连接于一个所述复合簧片安装块组的两个复合簧片安装块(221、222)上，所述复合簧片组(25)沿所述内环(27)周向均匀分布，所述内环(27)相对于所述辅助定位环(35)转动时，所述复合簧片组(25)被压缩，当所述驱动装置动力消失时，在所述复合簧片(25)的回弹作用下，另一个所述转动限位柱(381)与所述转动限位块(24)相接触并位于所述转动限位块(24)的另一个所述限位槽(29)内。

8.根据权利要求7所述的连续体机器人，其特征在于，所述复合簧片组(25)包括多个复合簧片(251、252、253)，各所述复合簧片(251、252、253)相互连接，各所述复合簧片(251、252、253)完全相同，所述复合簧片(251、252、253)包括大圆弧段、小圆弧段及连接于大圆弧段、小圆弧段之间的直线段，所述小圆弧段靠近所述内环(27)、所述大圆弧段靠近所述外环(21)。

9.根据权利要求8所述的连续体机器人，其特征在于，所述执行器连接单元(4)包括顶端平台(41)、执行器定位孔(42)、线材通过孔(43)，所述顶端平台(41)为平板，所述执行器定位孔(42)为开设于顶端平台(41)上的通孔，所述执行器定位孔(42)靠近所述顶端平台(41)的边缘设置，所述执行器定位孔(42)设置有多个，多个所述执行器定位孔(42)均匀间隔设置，所述线材通过孔(43)为开设于所述顶端平台(41)中心的通孔。

10.根据权利要求9所述的连续体机器人，其特征在于，所述安装孔(15)与所述内环(27)为过盈配合，所述辅助定位环(35)与所述内环(27)为间隙配合。

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